Les anges-gardiens de la stabilité du génome

Suite à un stress environnemental, des chercheurs observent en direct la mobilisation de gènes sauteurs et découvrent le mécanisme qui les muselle

A l’heure où l’on parle de réchauffement climatique, des chercheurs se sont demandé si certains éléments de notre double hélice ne pourraient pas s’emballer suite à des chocs thermiques. Notre génome est constitué pour près de la moitié de rétrotransposons, des éléments génétiques capables de se déplacer d’un chromosome à l’autre. Ces «gènes sauteurs» sont généralement immobilisés au sein des cellules pour empêcher leur propagation incontrôlée. Or, une étude pilotée par le Professeur Jerzy Paszkowski à l’Université de Genève (UNIGE) démontre que des rétrotransposons peuvent être activés chez des plantules par une élévation de température et, en absence de garde-fous, se propager dans le génome de la génération suivante. Les résultats de la recherche et l’identité des garde-fous sont détaillés dans l’édition en ligne du 14 mars 2011 de la revue Nature. Ces travaux fournissent un cadre adéquat pour étudier, d’une part, l’influence des chocs thermiques sur la mobilisation des rétrotransposons, le potentiel mutagène de ces derniers, ainsi que leur rôle dans l’adaptation des plantes à l’environnement.

Le patrimoine génétique des organismes vivants est constitué en grande partie d’éléments mobiles appelés rétrotransposons. Formés de séquences d'ADN capables de se déplacer et de se multiplier de manière autonome dans le génome, ces «gènes sauteurs» sont apparentés aux rétrovirus et ont parasité les chromosomes des cellules-hôtes au cours de l’évolution.

Divers mécanismes ont été mis au point au sein des cellules pour réprimer ces pensionnaires turbulents, en raison de leur potentiel mutagène. Les rétrotransposons sont ainsi maintenus inactifs, au cœur même de l’ADN, sans pouvoir se répliquer. Cependant, sous certaines conditions jusqu’alors inconnues, ceux-ci peuvent échapper au contrôle. Jerzy Paszkowski, professeur au Département de botanique et biologie végétale à l’Université de Genève (UNIGE), explique l’observation d’un tel phénomène: «Nous avons découvert que lorsque l’on soumet de jeunes pousses d’Arabidopsis, une plante utilisée comme organisme modèle, à un choc thermique, certains rétrotransposons deviennent actifs et se répliquent».

Les gènes sauteurs: des parasites génétiques...

Le stress imposé, un choc thermique de 30 °C, permet de faire sauter un verrou de sécurité chez la plantule. Les généticiens n’ont toutefois observé aucune conséquence notoire au niveau des plantes elles-mêmes, ni parmi les représentants de leur descendance. Ils en ont déduit qu’il existe des mécanismes mis en place dans la cellule pour museler les rétrotransposons réactivés.

Afin d’identifier ces garde-fous, les chercheurs ont testé divers mutants d’Arabidopsis. «Nous avons été surpris de constater que ce stress a eu des conséquences visibles chez certains mutants, mais uniquement à partir de la deuxième génération», relève Hervé Gaubert, membre du groupe. Les cellules de ces plantules sont porteuses d’une mutation, qui se traduit par l’absence de formation d’une classe de molécules appelées si-ARN. Ces dernières, qui sont de minuscules fragments d’ARN capables de réduire des gènes au silence, constituent le deuxième verrou de sécurité contre les rétrotransposons. «Lorsque la synthèse de si-ARN est compromise, les rétrotransposons formés en réponse au stress s’intègrent dans le génome des graines, lors de la formation des fleurs. Nous avons ainsi assisté en direct au mécanisme fascinant d’explosion des gènes sauteurs induit par une modification de l’environnement », explique Jerzy Paszkowski. Les résultats de l’étude permettent en outre d’assigner une nouvelle fonction aux si-ARN: celle de protection du génome lors des stress environnementaux. Et donc, celle de gardiens de la stabilité du patrimoine génétique.

Et des moteurs de l’évolution!

Ces travaux offrent cependant un éclairage positif quant au rôle des rétrotransposons face à de nouveaux défis environnementaux. En effet, l’équipe de l’UNIGE a montré que les nouvelles copies des éléments génétiques, induites par l’élévation de température, pouvaient modifier l’expression des gènes de la plante. Si des rétrotransposons étaient autorisés à se déplacer, ils auraient aussi la capacité de modifier la réponse de la descendance des plantes soumises à un choc thermique. L’écart de température imposé dans cette étude existe réellement dans certaines régions du globe et pourrait bien se voir accentué au cours des décennies à venir. Dans le contexte actuel de réchauffement climatique, les gènes sauteurs pourraient ainsi accélérer l’évolution des génomes et jouer un rôle dans l’adaptation des plantes voire des animaux, aux nouvelles contraintes climatiques.

Contacts

Pour obtenir de plus amples informations, n’hésitez pas à contacter le Prof. Jerzy Paszkowski (Tél. ++41 22 379 30 21) ou Hervé Gaubert (Tél. ++41 22 379 30 29).

Référence :

An siRNA pathway prevents transgenerational retrotransposition in plants subjected to stress, H. Ito, H. Gaubert, E. Bucher, M. Mirouze, I. Vaillant, J. Paszkowski, Nature, published online 13 March 2011. DOI

^{Communiqué de presse préparé par la Dr Lara Pizurki}