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L’article de Fabrice Roux « Cytonuclear interactions affect adaptive traits of the annual plant Arabidopsis thaliana in the field » récemment paru dans Proceedings of the National Academy of Sciences USA est le fruit d’une collaboration étroite sur plusieurs années entre ce dernier et l’équipe de Françoise Budar (INRA Versailles – pôle thématique Reproduction et Graines – Équipe Organites et Reproduction).  S’ajoute à cette collaboration un binôme de biostatisticiens appelés  à la rescousse afin d’assurer une robustesse statistique au design du protocole expérimental et aux analyses associées : Tristan Mary-Huard et Marie-Laure Martin-Magniette.

La contribution des interactions noyau-cytoplasme sur la variation naturelle de traits adaptatifs était assez bien documentée au niveau interspécifique. La lumière restait à faire au niveau intraspécifique, sur lequel on en savait finalement peu : c’est maintenant chose faite.

56 cytolignées passées au crible pour 28 traits adaptatifs

Afin de déterminer la prévalence de l’effet des interactions noyau-cytoplasme au sein d’A. thaliana, il a notamment fallu du temps pour créer un matériel génétique unique et adapté, à savoir des cytolignées. Par croisements répétés, celles-ci résultent du remplacement des mitochondries et des chloroplastes d’une lignée génétique donnée par les mitochondries et les chloroplastes d’une autre lignée génétique. Ce travail laborieux a été effectué pour 8 lignées parentales choisies afin de maximiser la représentativité en termes de diversité génétique mondiale : le cytoplasme de chacun des parents a été remplacé par celui des 7 autres parents. Une fois les lignées obtenues, afin de replacer A. thaliana dans un contexte écologiquement réaliste, les cytolignées et leurs parents ont poussé au printemps dans un champ.

Les résultats indiquent que les interactions entre génomes nucléaire et cytoplasmique façonnent la variation pour 23 des 28 traits phénotypiques étudiés, suggérant que ces interactions peuvent fortement affecter les dynamiques évolutives des populations naturelles d’A. thaliana.

Pour aller plus loin, Fabrice Roux estime qu’il faudrait passer dans le champ de la biologie moléculaire afin d’identifier les mécanismes génétiques et moléculaires qui interviennent dans la variation naturelle des interactions cytonucléaires.

Trois originalités pour ce travail de recherche

• Le nombre de croisements entre 8 lignées mondiales, menant à 56 lignées cytoplasmiques

• Les conditions expérimentales écologiques, qui ont montré un effet différent entre les cultures sous serre et en champ, avec notamment l’apparition d’une stérilité mâle. Un choix qui met en exergue la complémentarité entre les protocoles expérimentaux « sous serres » et la nécessité de replacer les expériences dans des contextes écologiquement réalistes.
• La majorité des traits phénotypiques mesurés sont affectés dans les cytolignées, ce qui amène à envisager la  nécessité d’intégrer les interactions noyau-cytoplasme dans l’étude des mécanismes moléculaires associés à la variation naturelle.