Le groupe de génétique moléculaire et du développement

Des fleurs normales (comme à l’état sauvage) sont illustrées au centre, et des mutations sans gène fonctionnel (bp) sont illustrés dans les coins.

Le travail de ce groupe est concentré sur la découverte des gènes et l'élucidation de processus spécifiques métaboliques et du développement chez les plantes. Les approches utilisées dans l'atteinte de cet objectif et l'expertise associée comprennent diverses technologies génomiques, moléculaires et biochimiques (librairies ciblées, EST, jeux ordonnés de microéchantillons, marquage de gènes, activation et désactivation des gènes, découverte de promoteurs, écrans de modification génétique et génie métabolique).

Outils génétiques pour l'amélioration des plantes

Promoteurs

Les modifications génétiques précises exigent non seulement des gènes spécifiques mais aussi des éléments régulateurs qui permettent la précision par rapport au lieu, au temps et à la magnitude de l'expression transgénique. Un élément clé à cet égard est le promoteur, et le groupe a établi une collection de divers promoteurs, et des sources de librairies de promoteurs à partir de divers espèces de Brassica (le canola), de Sinapis alba (la moutarde blanche), de Nicotiana tabacum (le tabac) et de l'Arabidopsis thaliana (l'arabette des dames). Parmi les promoteurs isolés se retrouvent ceux qui sont actifs dans le xylème et le phloème qui servent en tant que voies de transport chez les plantes; les promoteurs actifs dans les tissus reproductifs tels que le pollen et les fleurs; et les promoteurs qui causent l'expression génétique en réponse aux blessures (tels qu'une blessure infligée par un prédateur). Quelques-uns ont aussi été découverts qui sont actifs pendant divers stages du développement de la graine chez le canola.

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Le génie du métabolisme des plantes

Le métabolisme des phénylpropanoïdes

Les plantes se servent de la voie des phénylpropanoïdes pour produire une vaste gamme de métabolites secondaires, des produits qui se retrouvent utiles en alimentation, en médecine, et en industrie. La compréhension de cette voie permet un meilleur contrôle de son produit. Par exemple, on peut considérer la réduction des niveaux de sinapine dans le tourteau de canola. Certaines poules produisent des oeufs avec un goût particulier lorsqu'elles mangent du tourteau de canola, et la teneur en sinapine présente dans le tourteau de canola en est coupable. Afin de rendre le tourteau de canola plus acceptable au secteur industriel de provende à volaille et pour le rendre généralement plus précieux, le groupe a réussi à réduire les taux de sinapine par environ 80%. D'autre part, le travail sur les phénylpropanoïdes fait découvrir les étapes métaboliques et les gènes associés impliqués dans la biosynthèse des composés nutraceutiques pour l'alimentation humaine et animale. Il s'agit d'un travail en cours.

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Comment les plantes se développent

L'architecture de l'inflorescence

Une connaissance du développement de la fleur joue un rôle important dans l'amélioration des plantes. Les gènes homéoboîtes contrôlent les fonctions fondamentales des plantes, telles que le développement de la fleur, de l'embryon et de la graine. Le gène Brevipedicillus (BP) chez le canola (Brassica napus) en est un exemple.

BP aide à réguler la formation des fleurs chez Arabidopsis thaliana (l'arabette des dames), qui appartient à la même famille que le canola. Des mutants du gène produisent des fleurs compactes, dirigées vers le sol, en contraste avec les fleurs plus grandes et érigées d'une plante normale. Lorsque appliquée au canola, cette mutation devrait aider à réduire le fracassement des gousses et améliorer le rendement récolté des graines de canola.

L'AtRBP est une autre cible de recherche, comptant parmi un certain nombre de gènes qui contrôlent le temps de floraison et son développement. Un travail se fait actuellement en vue de mieux comprendre sa structure moléculaire et génétique.

La compréhension de ces gènes et des gènes régulateurs reliés sera utile dans la sélection des plantes, en horticulture, et dans la gestion de ravageurs des cultures.

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Le contrôle de la fécondité du blé

La RAFTIN

Le blé contient une protéine appelée RAFTIN, associée aux structures énigmatiques que l'on appelle des corps d'Ubisch, ou orbicules. Quoique la fonction de ces structures soit méconnue, elles sont presque toujours associées au tapétum sécréteur qui nourrit les grains de pollen en développement. Les recherchistes à l'IBP ont démontré que la RAFTIN est essentielle à la maturation des grains de pollen. Les lignes dans lesquelles la RAFTIN est inactive exhibent une stérilité chez les mâles, ce qui pourrait créer des applications dans la production de graines hybrides.

Les gènes de floraison

Les produits principaux de culture au Canada sont tous basés à partir des graines. La productivité à cet égard est contrôlée par la transition à un temps approprié de la croissance végétale à la floraison. Le groupe a identifié chez le blé un gène qui contrôlerait potentiellement la floraison. Des études récentes ont démontré que le blé diffère des autres plantes par son arsenal sans précédent de ce gène particulier en copies nombreuses. D'autres recherches sont en cours sur la façon dont le blé agence sa floraison.

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Un pilier dans le développement des plantes

NMT – Un enzyme ubiquiste

N-myristoyltransférase (NMT) est un enzyme essentiel qui affecte une vaste gamme de processus chez les animaux, les plantes, et les champignons. Le groupe a été le premier à déceler le gène NMT chez les plantes. La modification des niveaux de NMT altère plusieurs fonctions des plantes, de la germination et la croissance de la racine à la floraison et à la fonction du méristème. Il est anticipé qu'une manipulation précise de NMT avec des éléments de promoteur sélectionnés pourra altérer la croissance et le métabolisme des plantes de plusieurs manières intéressantes. Ceci devrait permettre la création d'une plante ayant une forme et une fonction désirable.

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Les gènes associés aux phases initiales du développement des graines

La découverte des gènes

En faisant partie d'un projet ambitieux impliquant d'autres groupes de l'IBP, le groupe de GMD a généré plus de 25 000 étiquettes de séquence exprimées (EST) à partir des diverses phases du développement des graines. La plupart de celles-ci sont issues d'embryons post-fécondation isolés à partir de jeunes graines. En combinaison avec des gènes exprimés d'ailleurs chez les graines en croissance, celles-ci fournissent une source riche de gènes pour la caractérisation fonctionnelle et une manipulation plus approfondie.