C’est l’histoire d’un choux et d’un épis de maïs

A la suite de mon article sur CRISPR-Cas9 je vais aborder le thème de la domestication. Il est essentiel de connaître la domestication et ses effets sur les populations car c’est une étape important, pour développer un avis critique sur la manipulation du vivant par l’homme. La majorité des végétaux (blé, riz, maïs etc.) ou des animaux (chienscochon, vache, poule etc.) domestiques que l’on cultive ou exploite ont suivi exactement le processus de domestication.

La domestication est un sujet très étudié, en raison de l’importance des espèces domestiques dans nos sociétés. Cependant, il reste encore beaucoup de questions sans réponse. Dans cet article je vais expliquer ce que l’on connaît de la domestication à travers l’exemple du chou et le maïs. Je vais également aller un peu plus loin cette fois ci en expliquant l’effet de la domestication sur le maïs moderne au niveau génétique, pour cela je vais reprendre un rapport que j’ai rédigé lors de mes études de master à Uppsala (Suède).

Une soupe aux choux?

L’histoire du chou commence vers 1000 avant Jésus Christ en Europe, à cette époque les hommes ont commencé à cultiver Brassica oleracea. On peut d’ailleurs toujours trouver cette espèce appartenant à la famille des brassicales (comme le colza, navet, moutarde) en France et en Angleterre. Cette espèce est généralement localisée principalement sur les côtes et sur des sols alcalins. Brassica oleracea est classé à l’heure actuelle comme menacé selon l’UICN, cette espèce est actuellement menacée à cause des carrières de pierre ou encore du pâturage des moutons.

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Brassica oleracea, Wikipedia

La première étape pour notre chou a certainement dû se passer comme ceci, à la suite d’une mutation sur un gène codant sur la taille des feuilles par exemple. L’homme de l’époque a obtenu la même plante que la plante parent mais cette fois ci, les feuilles de la nouvelle plantule sont plus importantes que la génération précédente. On peut assumer que des feuilles plus grosses sont quelques choses que les hommes de l’époque aimaient. Après plusieurs centaines de croisements, les Hommes ont à chaque fois sélectionnée la plante qui avait les plus grosses feuilles. Le résultat est le chou frisé que l’on trouve en vente dans les supermarchés, les choux sont cultivés sans problème pourtant ils ont été manipulé génétiquement par l’homme.

L’Homme a en effet pratiqué un processus très connue dans le milieu de la biologie évolutive appelé la sélection. Génération après génération il a sélectionné l’organisme avec les traits souhaitées dans notre cas c’est le trait grosse feuille, il l’a cultivé et croisé.

A partir de cette espèce « sauvage » végétale Brassica oleracea, l’homme a également créé  le chou de Bruxelles, mais aussi le chou fleur, le brocoli, le chou et le chou rave via la domestication.

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Brassica oleracea et les espèces domestiquées

Brassica oleracea et ses dérivés

Il faut bien comprendre que l’Homme n’avait pas pour but de créer le chou à partir de Brassica oleracea, la domestication a pris plusieurs siècles et c’est fait de manière progressive à la suite de « micro-évolution ». Il faut aussi savoir que l’homme de l’époque ne savait pas qu’il faisait une sélection qui avait des conséquences génétiques, les lois de l’hérédité furent établies au début du XXème par Gregor Mendel et la découverte de la structure en double de l’ADN n’a été découverte qu’en 1952 par James Watson et Francis Crick.

Le Maïs

Le maïs a également un ancêtre qui est le téosinte. Cette espèce « sauvage » est une graminée, monocotylédone que l’on trouve toujours dans certaine vallée du Mexique mais sont comme le choux « sauvage » une espèce menacé, principalement à cause de la destruction de son habitat et de l’intensification des cultures.

Téosinte appartient au genre Zea. On trouve 5 espèces dans le genre ZeaZea diploperennisZea perennisZea luxuriansZea nicaraguensis, and Zea mays. Les quatres premières espèce sont des téosinte, Zea mays est l’espèce que l’on cultive à travers le monde. 

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Origine et diffusion du maïs dans le monde (d’après Charcosset, 2009), les termes « corné » et « denté » sont relatives à la structure du grain

Le téosinte a été domestiqué par les civilisations précolombiennes vers -7000 ans avant JC, puis les différents peuples de l’Amériques l’on cultivé. Lors de la découverte des Amériques par Christophe Colomb en 1493, on cultivait du maïs de l’Argentine à la côte Est des Etats Unis actuels. Les européens ont ensuite adapté la maïs aux conditions climatiques de l’Europe.

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La domestication du maïs

On le sait la domestication du maïs a eu pour effet la modification de l’inflorescence (épis) et l’architecture de la plante. Nous savons également que la domestication du maïs a conduit à un changement dans la biochimie de la plante.

La plupart des plantes domestiquées sont tous passé par un goulet d’étranglement dû à la domestication ou « bottleneck » en anglais.

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Goulot d’étranglement avant et après la domestication

Comme on peut le voir sur cette figure le goulet d’étranglement pratique une sélection sur la population. Chaque « boule » de couleur sur le dessin est un individu avec un phénotype : Ensemble des caractères observables d’un individu. Le phénotype correspond à la réalisation du génotype: expression des gènes mais aussi des effets du milieu, de l’environnement. A gauche de la figure, on trouve notre population initiale, à droite on a une population après être passé à travers le goulot. On peut considérer dans notre cas que l’événement catastrophe est la domestication par l’Homme du maïs. Le goulot à la même action qu’un filtre et seulement une partie des individus au départ on réussit à passer cette étape de sélection artificielle.

Dans l’étude mené par Stephen Wright et ses collègues publié en 2005, les chercheurs ont étudié 774 gènes de 100 à 900 paire de bases. Ils ont utilisé dans cette étude 2 lignées du genre Zea, téosinte et de maïs moderne. A partir des données de la téosinte, les chercheurs ont ensuite développé un modèle mathématique à l’aide de la théorie de la coalescence (que je ne vais pas expliquer ici).

Les premiers résultats de cette comparaison génétique ont montré que le maïs moderne possède 57% du patrimoine génétique du téosinte bien que le nombre de gêne étudiés ne soit pas très important. Cela veut donc dire que le maïs moderne a subi une perte importante de son génome à la suite de la domestication. Ils ont également découvert que le déséquilibre génétique chez le maïs moderne est très important par rapport au téosinte qui est probablement dû à un goulot d’étranglement important. Ils ont également démontré qu’environ 4% du génome du maïs a été soumis à la domestication, et que le maïs à subit une réduction importante du polymorphisme par rapport au modèle  mathématiques que les scientifiques ont utilisé, cela veut donc dire qu’il y a probablement dû y avoir un plus long goulot d’étranglement ou que l’espèce serait passé à travers un second goulot cela pourrait ainsi expliquer pourquoi le maïs a subit une sélection plus importante que les autres espèces domestiques. A l’aide d’outil moléculaire (QTL mapping) ils ont pu identifier les gènes qui ont subi une sélection, la plupart des gènes qui ont subi une sélection sont des régulateurs de croissance et des réponses à l’auxine (hormone de croissance).

Je te remercie d’avoir pris le temps de lire mon article, si tu as des questions n’hésite pas à me les posées dans les commentaires.

La prochaine fois nous verrons le début des OGM et du génie génétique.

 

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