Séquençage du génome d’Arabidopsis thaliana
ou Arabidopsis Genome Initiative
1) Introduction : Présentation de la plante
Arabidopsis thaliana ou Sisymbrium thalianum ou encore de son nom commun Arabette de thalius est une plante de la famille des Brassicaceae (Crucifères), comme le colza ou le chou. C’est une plante dont la répartition est très vaste : on la trouve dans toute la France jusqu'à une altitude de 1800 mètres. C’est une plante annuelle ou bisannuelle de 10 à 15 centimètres de haut et dont l’inflorescence porte de très petites fleurs blanches.
Elle n’a aucune utilité dans le domaine de la médecine, on ne la mange pas et elle ne sert pas non plus de plante d’ornement. Alors pourquoi a t-on décidé de séquencer son génome et pourquoi celui ci est-il si important ?
2) Le projet de séquençage
Le projet de séquençage a été nommé AGI (Arabidopsis Genome Initiative). De nombreux laboratoires y ont participés aux Etats –unis, au Japon et environ 30 en Europe. Le projet a débuté en 1989 et s’est terminé en 2000.
Les Biologistes ont mis en place ce projet car ils ont pensé que la compréhension de ces gènes aiderait à comprendre le fonctionnement des gènes des autres plantes dont de nombreuses plantes vitales pour l’Homme telles que le blé, ou le riz. En fait, ce séquençage avait pour but de combattre la famine.
Le choix de cette plante vient du fait qu’elle est petite, facile à cultiver, elle se reproduit vite (auto pollinisation), qu’elle est abondante et que c’est une crucifère comme beaucoup de plantes utiles à l’Homme.
3) Présentation du génome
Le génome d’Arabidopsis thaliana est composé de 5 paires de chromosomes : c’est donc une plante diploïde. Il comprend 125 millions de paires de bases, c’est à dire qu’il est 100 fois plus petit que les plantes cultivées comme l’orge ou le maïs. Il contient 25498 gènes dont les deux tiers sont des doublons :
- certains scientifiques pensent que ces doublons correspondent à des versions légèrement différentes d’un même gène mais avec des fonctions différentes,
- ou bien que ceux sont deux versions d’un même gène mais chacun serait activé pour des climats différents, des environnements différents, ce qui supposerait une grande évolution.
C’est le génome le plus complexe de tous les génomes déjà étudiés (une trentaine de bactéries, dont celle responsable du choléra, un ver (C.elegans), une mouche à fruit, l’Homme et ceux de la souris et du chat sont en bonne voie). Les plantes ne sont donc pas aussi simples qu’on pouvait le penser avant le séquençage de ce génome.
Les gènes d’Arabidopsis thaliana peuvent présenter de nombreuses mutations. On en connaît beaucoup dont certaines sont visibles à l’œil nu (couleur, poils, fleurs…).
4) Analyse du génome
- Photos des chromosomes :
*nombre de paires de bases : Les chromosomes d’Arabidopsis thaliana mesurent entre 17.5 Mb pour le chromosome 4 et 29.1 Mb pour le chromosome 1.
*Répartition génomique : Les régions codantes sont représentées en rouge ; les télomères et les centromères sont représentés en bleu ; les nœuds d’hétérochromatine sont représentés en noir (seuls les chromosomes 4 et 5 en contiennent); et les séquences répétées d’ADNr sont en violet (seuls les chromosome 2 et 4 en contiennent).
- Fonctions des portions codantes d’ADN : La majeure partie des gènes chez Arabidpsis t. ne sont pas encore classés : on ne connaît pas encore leurs fonctions. Autrement, les fonctions sont très diverses : Ils peuvent avoir un rôle dans le métabolisme, dans la transcription, dans la division des cellules, l’agrandissement de celles ci et la synthèse d’ADN, dans les défenses de la plantes contre les aggressions d’origines diverses, dans la communication entre les cellules…(cf camembert)
- Les doublons : Sur le schéma , les chromosomes sont représentés en gris et les centromères en noir (le chromosome 1 est celui du haut).Les bandes connectées correspondent aux doublons, c’est à dire, aux séquences d’ADN présentes deux fois dans le génome. Les régions répétées d’ADNr ne sont pas représentées. On peut remarquer que les doublons sont nombreux. Ils sont, soit sur deux chromosomes différents, soit sur le même chromosome (exemple du chromosome 1, 4 et 5)
5) Résultats et objectifs
L’analyse du séquençage d’Arabidopsis thaliana a permis aux scientifiques d’envisager de nouvelles recherches :
· Ils ont tout d’abord remarqué qu’une centaine de gènes présents chez Arabidopsis t. sont fortement ressemblants à des gènes responsables de maladies chez l’Homme comme la surdité héréditaire, la cécité, et des cancers. Ceci permettrait de réorienter les recherches pour soigner ces maladies.
· La connaissance du génome d’Arabidopsis t. pourrait également permettre de faire pousser les plants de riz ou de blé plus résistants : On pourrait envisager de rendre une plante plus résistante grâce à ses propres gènes et non pas en lui insérant un gène étranger.
· On pourrait aussi penser à augmenter la vitesse de croissance d’une plante afin de diminuer les famines dans certains pays.
· Enfin, l’étude plus poussée de la photosynthèse chez Arabidopsis t. grâce à ses gènes pourrait servir à développer de meilleures plantes qui serviraient en chimie et à l’élaboration de meilleurs combustibles (carburants).(Etude de la photosynthèse au niveau des gènes pour comprendre la transformation de l’énergie solaire et du dioxyde de carbone en biomasse.)
Références, Bibliographie
http://www.iperbol.com/HomePage/Archives/Semaine20001221/zoom.asp
http://www.fleurs-des-champs.com
http://www.nature.com/nature/journal/v408/n6814/fig_tab/408816a0_F1.html
http://www.nature.com/nature/journal/v408/n6814/fig_tab/408796a0_F1.html
http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/ATP/arabette.htm
http://pariflor.snv.jussieu.fr/Especes/Ecologie/Esp285.html