Thread by @QADPlantes

#QuizAmeliorationDesPlantes

N°65

Cisgenèse

Réponse

Pas de difficultés pour ce quiz ! L'écrasante majorité (proche de 60%) a vu juste, la cisgenèse permet bien l'introduction de gènes/séquences issus d'espèces apparentées

https://twitter.com/QADPlantes/status/1636779372009996302

La cisgenèse repose sur les mêmes mécanismes techniques que la transgenèse que j'avais introduit ici

https://twitter.com/QADPlantes/status/1266136016185896960

Même si je n'y ai présenté que la transgenèse par Agrobacterium tumefaciens, les considérations ici seront identiques avec d'autres méthodes de transgenèse (biolistique, électroporation ... d'autres fils peut être ?)

Ok mais des espèces apparentées ? Les gènes/séquences utilisées pour la cisgenèse proviennent d'espèces qui sont capables de se croiser (donc sexuellement compatibles) avec la plante réceptrice

Rappel important, la notion d'espèce est un concept défini par l'humain et il est important d'en connaitre les limites (on est en plein dedans), je vous suggère cette série de fils par @Prof_D_sciences

https://twitter.com/Prof_D_sciences/status/1353754179114827777

Revenons a la cisgenèse

Pour le dire autrement, si l'introduction d'un caractère est possible par des procédés de sélection classique alors on peut également le faire par cisgenèse.

Une des différences majeure avec la transgenèse, c'est l'utilisation de séquences dite "natives". En effet contrairement à la transgenèse, la proximité génétique des "parents" permet de se passer de l'ingénierie de la séquence à introduire.

Pour faire simple, lorsqu'on veut faire exprimer par les cellules végétales une séquence de bactérie, il est nécessaire de lui adjoindre des séquences qui seront reconnues par la machinerie cellulaire végétale.

Dans le cas de la cisgenèse, ces adjonctions ne sont pas nécessaires puisque les séquences du "donneur" sont reconnues de facto par le "receveur" et c'est bien pour cela que les procédés de sélection classique sont efficaces pour introduire ce caractère par croisements.

Mais alors , si on peut le faire par simples croisements, à quoi ça sert la cisgenèse ?

Il existe plusieurs avantages, je vais en lister 3

1- Ne plus subir le revers du "linkage drag"

Introduire dans une espèce cultivée un nouvel allèle issu d'une espèce sauvage apparentée par croisement nécessite de nombreux

rétrocroisements comme expliqué ici (en appliquant orange = espèce cultivée, bleu = espèce sauvage)

https://twitter.com/QADPlantes/status/1266856207559667714

Sauf que cet exemple théorique ou l'on voit inexorablement diminuer par 2 la part de bleu à chaque génération ne reflète pas la réalité de ce qui se passe a proximité de l'allèle d'intérêt (même si c'est plutôt juste en moyenne au niveau de l'ensemble du génome)

Ainsi, l'allèle d'intérêt est entouré d'autres séquences et se débarrasser de ces séquences parfois délétères n'est pas toujours possible. Je ne rentrerai pas dans les détails des mécanismes en jeu (recombinaison et crossing over) dans ce fil mais

retenez que ce lien (linkage drag) entre allèle d'intérêt et séquences non désirées est une limite importante de ce genre de procédés car les séquences non désirées sont souvent source d'effets négatifs sur les caractéristiques agronomique de la variété.

Et ça c'est dans les cas les plus simples, quand la génétique de la famille est compliquée c'est un véritable challenge

https://twitter.com/QADPlantes/status/1368972519584264194

La cisgenèse permet de s'extirper de ce fardeau du "linkage drag" puisqu'on n'introduit dans l'espèce cultivée uniquement les séquences des allèles d'intérêt.

On peut même dire, en étant quelque peu provocateur (ou beaucoup selon les sensibilités), que les variétés issues

de cisgenèse sont plus sures que les variétés équivalentes obtenues par croisement car elles ne comportent pas de séquences non désirées qui peuvent être sources de production de composés ayant des effets indésirables.

2- Maintenir les caractères de la variété d'origine

Lors des rétrocroisements qui se succèdent dans le processus de sélection classique, on ne maitrise pas la façon dont les génomes (bleus et oranges dans l'exemple précédent) se réarrangent.

Ainsi il est possible que l'introgression d'un nouveau caractère soit couplé (directement ou indirectement) à la perte d'un caractère pré existant. De même lorsque la sélection porte sur des espèces qui sont habituellement propagées

par clonage et/ou greffe (vigne, pomme de terre, pommier etc...), les rétrocroisements nécessaires à l'établissement de la nouvelle variété ne permettront pas de retrouver la variété d'origine au sens strict.

Cela peut avoir des impacts non négligeables sur les performances/caractéristiques de la nouvelle variété.

Dans ces cas, la cisgenèse permet de conserver les performances/caractéristiques de la variété d'origine et d'y adjoindre un ou plusieurs nouveaux caractères.

3- Gagner du temps

Le processus de rétrocroisements dans sa totalité nécessite de nombreuses générations (6 ou 7 minimum - jusqu'à 40 ans pour certains fruitiers) et donc les points 1 et 2 sont autant de limites (voir de verrous inextricables) lorsqu'il est

question d'introduire plusieurs nouveaux caractères. La cisgenèse, permet de réduire considérablement le temps du processus de création variétale.

Et les limites alors de cette méthode ?

- Comparée à la transgenèse le pool de séquences disponibles est plus limité puisque lié et contraint à la compatibilité sexuelle entre le "donneur" et le "receveur".

- Les séquences d'intérêt se doivent d'être connues et identifiées pour leur fonction, ce qui n'est absolument pas nécessaire dans la sélection classique ou une simple corrélation suffit entre zone du génome du "donneur" et observation de la fonction sur la descendance.

De plus , tous les génomes des espèces apparentées ne sont pas forcément connu etc

- Lors du processus d'introduction des séquences (idem transgenèse et cisgenèse), il est nécessaire de disposer d'un marqueur de sélection qui permet de "trier" les cellules qui possède la séquence d'intérêt des autres.

Les marqueurs traditionnellement utilisés sont des gènes de résistances à des herbicides par exemple. L'élimination de ces gènes marqueurs une fois la variété établie est à mon sens indispensable.

C'est tout a fait faisable par des procédés de cotransformation ou mécanismes de type Cre-Lox (sans rentrer dans les détails sauf si ça vous intéresse et je ferai un fil dédié) mais cela demande du travail supplémentaire et

lorsque l'efficacité de transformation est faible ce peut être un verrou. De plus ces procédés ne sont pas toujours disponibles en fonction des espèces en question

- La localisation des séquences introduites ne peut être identifiée qu'a posteriori (idem transgenèse et cisgenèse) ce qui fait que l'on peut identifier la cisgenèse comme méthode de création variétale.

Il est ainsi possible de distinguer la séquence introduite de la séquence issue du "donneur" non pas pour ce qu'elle est mais pour sa localisation dans le génome.

Et pour ce qui est des exemples d'application de la cisgenèse ?

J'avais fait un fil sur une variété de pomme de terre résistante au mildiou que vous trouverez ici

https://twitter.com/DurocYann/status/1329015877539422208

Merci de m'avoir lu

Fin du fil

Sources

doi.org/10.2174/138920…

Images adaptées de

ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/P…