Utilising nuclear encoded plastid DNA to identify donors of grass-to-grass lateral gene transfer
Cette étude démontre que l'ADN plastidique codé par le noyau (NUPT) peut identifier efficacement des espèces donneuses spécifiques de transfert de gènes latéraux de graminée à graminée, révélant qu'*Eremochloa attenuata* a co-transféré un fragment d'ADN contenant à la fois un LGT précédemment connu et un NUPT nouvellement identifié dans *Alloteropsis semialata*.
Article original sous licence CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Ceci est une explication générée par l'IA d'un preprint qui n'a pas été évalué par des pairs. Ce n'est pas un avis médical. Ne prenez pas de décisions de santé basées sur ce contenu. Lire la clause de non-responsabilité complète
Dans la vaste bibliothèque de la vie, l'ADN est généralement transmis des parents aux descendants, une héritage vertical qui construit l'arbre de l'évolution branche par branche. Mais parfois, la nature enfreint les règles. L'ADN peut sauter latéralement entre deux espèces différentes qui ne sont pas liées par une ascendance directe, un phénomène connu sous le nom de transfert horizontal de gènes. Bien que cela ait été autrefois considéré comme une curiosité rare limitée aux microbes simples, les scientifiques savent désormais que cela arrive fréquemment chez les plantes, particulièrement chez les graminées. Lorsqu'une espèce de graminée acquiert un large fragment d'ADN d'une voisine, elle peut gagner de nouveaux traits, mais déterminer précisément quel voisin a fait ce don est souvent un casse-tête. Le donneur peut être éteint, ou l'ADN peut avoir tellement changé au fil du temps que la source originale est méconnaissable. Pour résoudre cela, les chercheurs ont besoin d'un moyen de retracer l'histoire de ces gènes transférés avec une grande précision, en cherchant des indices qui survivent au passage du temps.
Une équipe de scientifiques a récemment abordé ce problème en cherchant un type spécifique de fossile génétique caché à l'intérieur des génomes nucléaires des graminées. Ils se sont concentrés sur la graminée Alloteropsis semialata, une espèce connue pour avoir acquis plusieurs grands fragments d'ADN d'autres graminées. À l'intérieur du noyau de ces plantes, ils ont cherché de l'ADN nucléaire d'origine plastidique, ou NUPT. Ce sont des morceaux d'ADN de chloroplaste — le matériel génétique responsable de la photosynthèse — qui se sont accidentellement insérés dans le génome nucléaire principal au cours de millions d'années. Comme les génomes de chloroplastes des graminées sont hautement conservés et ont été séquencés pour des milliers d'espèces, ils offrent une carte massive et détaillée dont les gènes nucléaires manquent souvent. Les chercheurs ont émis l'hypothèse que si une plante acquiert un large fragment d'ADN d'un donneur, elle pourrait également avoir récupéré un NUPT qui se trouvait dans le génome de ce donneur à l'époque. En trouvant ces NUPT et en retraçant leur histoire évolutive, ils pourraient identifier l'espèce donneuse avec une précision bien plus grande qu'en examinant seulement les gènes transférés.
L'équipe a commencé par scanner les génomes de quatre accessions différentes d'Alloteropsis semialata. Ils ont comparé l'ADN nucléaire de ces plantes à une base de données de génomes de chloroplastes de centaines d'autres graminées pour trouver des correspondances qui n'appartenaient pas à la plante elle-même. Ils ont filtré les correspondances faibles, ne gardant que celles qui étaient longues et très similaires aux chloroplastes étrangers. Ce processus a révélé un petit nombre de candidats qui semblaient être du matériel génétique étranger qui avait été intégré dans le noyau de la plante. Pour confirmer leurs soupçons, les chercheurs ont reconstruit les arbres généalogiques de ces fragments d'ADN spécifiques. Ils ont découvert que, dans deux des accessions de la plante, les NUPT ne se situaient pas là où ils auraient dû être s'ils avaient été hérités verticalement des propres ancêtres de la plante. Au lieu de cela, ces fragments s'inséraient profondément dans les branches évolutives d'autres groupes de graminées, suggérant qu'ils avaient été acquis latéralement.
Dans un cas, les chercheurs ont identifié un NUPT qui se regroupait étroitement avec le genre Digitaria, un type de graminée connu sous le nom de panic de crabine. Dans un autre cas, plus complexe, le NUPT pointait vers le genre Eremochloa. Pour affiner l'identification du donneur exact pour ce second transfert, l'équipe a séquencé les génomes de chloroplastes de douze espèces supplémentaires d'Eremochloa provenant d'échantillons d'herbiers. Lorsqu'ils ont ajouté ces nouvelles séquences à leur analyse, les preuves sont devenues accablantes : le fragment d'ADN étranger dans la plante d'Alloteropsis était le plus étroitement lié à une espèce spécifique, Eremochloa attenuata. La correspondance génétique était si forte que les chercheurs ont pu identifier le donneur avec une grande confiance, ce qui aurait été difficile en utilisant uniquement les gènes nucléaires impliqués dans le transfert.
L'étude est allée plus loin pour voir si le NUPT et les gènes transférés à proximité voyageaient ensemble. Les chercheurs ont examiné la région du génome d'Alloteropsis où le NUPT a été trouvé et ont remarqué qu'il se situait juste en aval d'un événement de transfert de gènes latéraux précédemment identifié. Ils ont cartographié de courts fragments d'ADN provenant du donneur suspecté, Eremochloa attenuata, sur cette région spécifique du génome d'Alloteropsis. Les lectures couvraient la zone de manière cohérente, s'étendant sur les gènes transférés connus et s'étendant jusqu'à la région contenant le NUPT. Ce profil suggère que tout le bloc d'ADN, incluant à la fois les gènes fonctionnels et le fragment de chloroplaste, a été transféré comme un morceau unique et continu du donneur vers le receveur.
Cette approche met en lumière une nouvelle façon puissante de retracer l'histoire des échanges génétiques. En utilisant les archives abondantes et bien préservées de l'ADN de chloroplaste cachées dans le noyau, les scientifiques peuvent identifier les donneurs d'événements de transfert horizontal de gènes avec une précision bien accrue. Les chercheurs ont découvert que ces transferts peuvent impliquer de larges fragments d'ADN complexes comprenant à la fois des gènes et des régions non codantes, et que le même donneur peut contribuer à plusieurs événements de transfert. Bien que la méthode repose sur la présence de ces fossiles génétiques spécifiques et puisse ne pas fonctionner pour chaque transfert ancien, elle offre une voie claire pour comprendre comment les graminées ont échangé du matériel génétique tout au long de leur histoire évolutive. La capacité d'identifier l'espèce exacte du donneur ouvre la porte à la compréhension des mécanismes qui permettent à l'ADN de sauter entre les espèces et aux traits que les graminées acquièrent grâce à ces échanges.
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