Aller à la racine de la domestication du maïs ; les connaissances peuvent aider les sélectionneurs de plantes —


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  • Une confluence unique d’archéologie, de génétique moléculaire et de sérendipité a guidé une collaboration de chercheurs mexicains et de Penn State vers une compréhension plus profonde de la façon dont le maïs moderne a été domestiqué à partir de la téosinte, une herbe vivace originaire du Mexique et d’Amérique centrale, il y a plus de 5 000 ans.

    On s’intéresse beaucoup à la façon dont les anciens agriculteurs ont transformé le téosinte d’herbe sauvage en maïs moderne, l’une des cultures les plus importantes et les plus réussies sur terre, selon le chef d’équipe Jonathan Lynch, éminent professeur de nutrition végétale. Pendant des décennies, son groupe de recherche au Collège des sciences agricoles a découvert comment les racines jouent un rôle essentiel dans le développement et la survie des plantes.

    « Le maïs ne fait pas exception, et il s’avère que les premiers producteurs – probablement sans le savoir – ont sélectionné les caractéristiques des racines qui ont favorisé le développement accru des graines et des épis », a-t-il déclaré. « Et bien qu’il soit intrinsèquement intéressant d’apprendre comment le maïs a évolué de son ancêtre sauvage à ce que nous savons aujourd’hui, ce que nous apprenons sur la façon dont la plante a changé pour faire face à la sécheresse et aux sols durs peut aider les sélectionneurs de plantes demain. »

    Dirigés par Ivan Lopez-Valdivia, initialement étudiant diplômé à LANGEBIO au Mexique et maintenant doctorant dans le laboratoire de Lynch, les chercheurs ont examiné deux tiges de racines anciennes trouvées dans la grotte de San Marcos dans la vallée de Tehuacán, au Mexique, pour comprendre les changements qui se sont produits sous terre pendant domestication. Ils ont utilisé la tomographie par ablation au laser – une plate-forme de phénotypage à haute résolution qui combine l’optique laser et l’imagerie en série avec la reconstruction et la quantification d’images 3D – pour comprendre l’anatomie des plantes.

    Souvent appelée LAT, la technologie a été développée il y a dix ans par le groupe de recherche de Lynch, dont l’ancien étudiant Ben Hall, qui a créé une entreprise axée sur cette technique. Dans cette étude, LAT a été utilisé pour reconstruire la structure racinaire tridimensionnelle et l’anatomie interne des deux anciens spécimens de racine de maïs, datés entre 4 956 et 5 280 ans.

    Dans des conclusions publiées aujourd’hui (18 avril) dans le Actes de l’Académie nationale des sciences, les chercheurs ont rapporté que les cellules corticales externes des racines présentaient des parois épaisses similaires à celles trouvées dans les plants de maïs d’aujourd’hui adaptés aux sols durs. Mais contrairement au maïs moderne, les deux spécimens manquaient de racines séminales. Les racines séminales, qui fournissent aux plantules de maïs de l’eau et des nutriments supplémentaires, ne sont pas présentes dans la téosinte.

    Les chercheurs ont ensuite analysé l’ADN d’un troisième spécimen d’environ le même âge et ont trouvé des mutations dans deux gènes qui contribuent aux racines séminales du maïs moderne. Ces premiers spécimens de maïs ressemblent davantage à du téosinte dans leur adaptation à la sécheresse.

    Les résultats indiquent que certains traits liés à l’adaptation à la sécheresse n’étaient pas entièrement présents dans le premier maïs de Tehuacán, donnant un aperçu des conditions qui prévalaient au début de la culture du maïs dans la région, a noté Lopez-Valdivia.

    L’histoire derrière la recherche est presque aussi intéressante que le travail lui-même. Tout a commencé lorsque Lynch a donné une présentation invitée sur ses recherches sur les racines au Laboratoire national de génomique pour la biodiversité – également connu sous le nom de LANGEBIO, CINVESTAV – situé à Irapuato, Guanajuato, Mexique. Après la présentation, il a rendu visite à un biologiste moléculaire de cette institution qui était le conseiller de Lopez-Valdivia lors de la poursuite par ce dernier d’une maîtrise en biotechnologie végétale.

    « Nous parlions des trucs sympas qu’il avait faits avec d’anciennes racines de maïs qui étaient conservées dans ces grottes très sèches, et je ne les connaissais même pas », se souvient Lynch. « Nous avons décidé d’analyser l’anatomie et l’architecture de ces anciens échantillons de racines pour voir comment ils ont changé au fil du temps avec la domestication du maïs. C’était donc l’origine. Ivan a commencé ce travail au Mexique et l’a terminé à Penn State en tant qu’étudiant. »

    Lopez-Valdivia poursuit la recherche avec sa thèse de doctorat, qui se concentrera sur la façon dont les racines de maïs en évolution s’adaptent à leur environnement à travers leur évolution. Il apprécie la façon dont son travail est passé de manière inattendue de la biotechnologie végétale à la phénomique et à la modélisation par simulation – se déplaçant d’un pays à l’autre.

    « Pour fournir un peu de contexte sur les grottes de Tehuacán, au Mexique, l’archéologue américain Richard MacNeish a essayé d’y trouver les plus anciens restes de maïs », a-t-il déclaré. « Ses efforts offrent quelques indices sur l’origine de l’agriculture en Mésoamérique. Dans les années 60, il a trouvé des milliers de restes d’épis et seulement une douzaine de racines, avec un seul nœud scutellaire préservé – la structure délicate à partir de laquelle se développent les racines séminales. « 

    Ces spécimens sont conservés à l’Institut national d’anthropologie et d’histoire du Mexique, a ajouté Lopez-Valdivia, et les chercheurs ont fini par en prélever des échantillons pour compléter leur étude.

    Source de l’histoire :

    Matériaux fourni par État de Penn. Original écrit par Jeff Mulhollem. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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