Les premiers pas de la sélection ont réduit les mutations nocives chez le sorgho

Les premiers pas de la sélection ont réduit les mutations nocives chez le sorgho

Krishna Ramanujan, Université de Cornell*

L'image montre la variabilité de l'architecture des panicules de différentes races de sorgho, y compris (de gauche à droite) bicolore, de Guinée, caudatum, kafir et durra. Crédit : Nadia Shakoor

Lorsque l'homme a domestiqué le maïs il y a quelque 9.000 ans, les premiers efforts de sélection ont entraîné une augmentation des mutations nocives du génome de la culture par rapport à ses parents sauvages, ce que les sélections modernes plus récentes ont contribué à corriger.

Une nouvelle étude comparative a cherché à savoir si les mêmes caractéristiques que celles du maïs se retrouvent dans le sorgho, une céréale sans gluten cultivée à la fois pour le bétail et pour la consommation humaine. Les chercheurs ont été surpris de constater que c'est le contraire : les mutations nocives dans les races de pays de sorgho (premières cultures domestiquées) ont en fait diminué par rapport à leurs parents sauvages.

L'étude, « Comparative Evolutionary Genetics of Deleterious Load in Sorghum and Maize »** (génétique évolutive comparative des charges nocives dans le sorgho et le maïs), a été publiée le 15 janvier dans Nature Plants. L'auteur principal est Michael Gore, professeur de sélection moléculaire et de génétique au College of Agriculture and Life Sciences (CALS).

La recherche pourrait servir de base aux futurs efforts de sélection chez le sorgho et le maïs.

« Nous avons supposé que le maïs et le sorgho auraient des schémas complémentaires de mutations délétères, parce que tous les travaux qui ont été effectués dans les cultures jusqu'à présent ont montré une augmentation de la charge délétère chez les plantes domestiques par rapport aux parents sauvages dont les cultures sont originaires », a déclaré M. Gore. « Mais le sorgho ne suit pas ce modèle et c'est très surprenant. »

Ces « mutations délétères », qui ont potentiellement un effet négatif sur l'aptitude d'un organisme, résultent d'erreurs génétiques aléatoires qui se produisent à chaque génération, et de mutations anciennes qui peuvent être liées à des variants génétiques bénéfiques sélectionnés lors de la domestication et de l'amélioration des cultures.

Dans cette étude, les chercheurs ont effectué des simulations de génétique des populations pour aider à expliquer pourquoi le sorgho ne suit pas le même schéma que le maïs.

Une différence majeure entre le maïs et le sorgho est que le maïs (sauvage et domestiqué) est une plante allogame, ce qui signifie que ses fleurs femelles (les départs d'épis) sont principalement pollinisées par d'autres plantes de maïs ; le sorgho domestiqué est une espèce autogame, ce qui signifie que les fleurs des panicules (têtes) d'une plante sont principalement fertilisées par le pollen de cette plante.

Il s'avère que les plantes sauvages apparentées au sorgho ont des panicules plus ouvertes qui facilitent la pollinisation croisée. Mais au cours du processus de domestication du sorgho, les panicules qui contiennent ces grappes de fleurs sont devenues plus compactes, ce qui a augmenté le taux d'auto-fécondation.

« Nous pensons que l'altération de la morphologie des panicules a eu un impact sur les schémas de mutation délétère du sorgho, » a déclaré M. Gore. « L'augmentation du taux d'autofécondation qui en a résulté a probablement contribué à la purge des mutations délétères après la domestication. »

En comprenant les schémas historiques de mutations nocives, les sélectionneurs peuvent utiliser ces connaissances pour mieux purger les mutations délétères des cultures de sorgho. « Ce que nous apprenons sur le sorgho pourrait également être appliqué au maïs et vice versa », a déclaré M. Gore.

____________

* Source : Early breeding reduced harmful mutations in sorghum (phys.org)

** Roberto Lozano et al, Comparative evolutionary genetics of deleterious load in sorghum and maize, Nature Plants (2021). DOI: 10.1038/s41477-020-00834-5