8 Le gène GW2
8.2 Les homologues de GW2 chez le blé tendre, Triticum aestivum
Récemment, 3 gènes homologues de GW2 ont été décrits sur chacun des génomes homéologues A, B et D du blé tendre, cultivar Chinese Spring, sur le groupe de chromosomes 6 (Su et al, 2011). D’après les auteurs, les 3 gènes, appelés TaGW2-A, TaGW2-B et TaGW2- D, semblent exprimés puisque 3 séquences différentes correspondant à GW2 ont été retrouvées dans les banques de courtes séquences exprimées (EST) de blé et dans des produits d’amplification PCR à partir de feuilles et de grains immatures de Chinese Spring. Cependant, aucune des séquences exprimées n’a pu être attribuée par les auteurs à un génome homéologue. Les 3 ADN complémentaires présentent 98% d’identité de séquence en nucléotides entre eux et ≈87 et ≈88% d’identité de séquence en nucléotides et en acides aminés respectivement avec GW2. Les ARN messagers ont une taille de 1275 pb et codent pour une protéine de 424 acides aminés (47,2 kDa). Le domaine RING de 43 acides aminés en N-terminal des séquences protéiques putatives est strictement conservé par rapport à la séquence protéique de GW2. Une analyse transcriptionnelle par RT-PCR montre que TaGW2, toutes copies confondues, est exprimé dans les grains de 5 à 25 JAA, dans les feuilles des jeunes plantules, dans la feuille drapeau et dans les jeunes épis (de 10 à 40 mm). Les
Figure 47 : Un polymorphisme dans le promoteur deTaGW2-Aest associé avec la taille et au poids du grain dans un panel d’accessions chinoises de blé tendre (d’après Suet al, 2011). (A)Comparaison de grains issus de variétés possédant l’allèle A (Hap-6A-A) ou l’allèle G (Hap-6A-G) au marqueur SNP(-593) dans le promoteur de TaGW2-A.(B)Positions des marqueurs SNP identifiés dans le promoteur deTaGW2-A(en haut). Le SNP en position - 593 a permis le développement d’un marqueur CAPS pour un génotypage ultérieur des plantes par digestion enzymatique avec l’enzyme TaqI (en bas). TSS, site d’initiation de la transcription.(C)Analyse d’association entre le marqueur SNP(-593) et les composantes du rendement en grain, sur un panel de 265 accessions chinoises de blé tendre, dans 2 environnements (Luoyang 2002 et 2006).(D)Relation entre le taux d’expression relative deTaGW2, toutes copies confondues, et la largeur de grains âgés de 10 JAA, dans 7 variétés possédant l’allèle G et 7 variétés possédant l’allèle A du SNP(-593).
Digestion par TaqI
Taux d’expression relative ±SD Largeur du grain (mm)
variétés
A B
C
D
Digestion par TaqI
Taux d’expression relative ±SD Largeur du grain (mm)
variétés
Digestion par TaqI
Taux d’expression relative ±SD Largeur du grain (mm)
variétés
A B
C
D
séquences identifiées dans les banques d’EST au début de cette analyse proviennent également de racines, de l’hypocotyle et de l’embryon. Ces résultats suggèrent que TaGW2, toutes copies confondues, serait exprimé constitutivement dans le blé tendre. Ces auteurs ont conduit une recherche de marqueurs polymorphes dans les 3 séquences codantes de TaGW2 dans 10 variétés de blé tendre présentant des phénotypes différents pour la largeur et le poids du grain (5 variétés à gros grains et 5 variétés à petits grains ; Figure 47, A). Cette étude n’a pas permis d’identifier une mutation de délétion entraînant un codon stop prématuré comme dans GW2. Cependant, 2 SNP en parfait déséquilibre de liaison ont été identifiés dans le promoteur du gène TaGW2-A, des transitions G/A et A/G en position -739 et -593 respectivement, et un marqueur CAPS a été développé sur la base du SNP en position -593 (Figure 47, B). Une analyse d’association a été réalisée pour ce polymorphisme sur un panel de 265 accessions chinoises de blé tendre incluant des variétés modernes et de landraces, dans 2 environnements (1 site, conduit sur les années 2002 et 2006). Le polymorphisme dans le promoteur de TaGW2-A a été retrouvé fortement associé à la largeur du grain (p<0,001), au poids de 1000-grains (p<0,01), au ratio longueur/largeur du grain (p<0,01), à la date d’épiaison (p<0,001) et la date de maturité (p<0,01), dans les 2 environnements (Figure 47, C). Une association avec l’épaisseur du grain a été retrouvée pour un seul environnement.
Cependant, aucune association n’a été retrouvée pour la longueur du grain. Pour chacune des composantes du rendement présentant une association avec le polymorphisme, l’allèle A est toujours l’allèle favorable. Une analyse d’association pour le polymorphisme dans le promoteur de TaGW2-A a également été réalisée dans chacune des sous-populations de landraces et de variétés modernes (Figure 47, C). Dans la sous-population de landraces, une faible association (p<0,05) a été retrouvée entre le polymorphisme étudié et la largeur, l’épaisseur et le ratio longueur/largeur du grain, dans un seul environnement. Dans la sous- population de variétés modernes, le polymorphisme a été retrouvé fortement associé à la largeur du grain (p<0.001), dans les 2 environnements. Une association a également été retrouvée sur les 2 années pour le ratio longueur/largeur du grain (p<0,05 en 2002 et p<0,01 en 2006) et poids de 1000-grains (p<0,001 en 2002 et p<0,05 en 2006), et dans un seul environnement pour l’épaisseur du grain (p<0,01). Une analyse transcriptionnelle de TaGW2, toutes copies confondues, par qRT-PCR a été menée sur des grains âgés de 10 JAA, dans 14 variétés issues du panel d’association (7 variétés possédant l’allèle G pour le marqueur SNP en -593 et 7 variétés l’allèle A ; Figure 47, D). A 10 JAA, les auteurs montrent que le taux d’accumulation de transcrit de TaGW2, toutes copies confondues, est négativement corrélé à la largeur du grain (R2=0,36 et 0,43 dans les variétés possédant l’allèle G et l’allèle A,
Figure 48 : Un polymorphisme dans l’exon 8 de TaGW2-A est associé à la largeur du grain dans une population F2 en ségrégation issue du croisement Lankaodali (LK) x Chinese Spring (CS) (d’après Yang et al, 2012). (A) Structure du gène TaGW2-A et position du polymorphisme identifié dans l’exon 8 (Ins977). Le Ins977 entraîne un décalage du cadre de lecture et un codon stop prématuré en position 984 (984TAG). (B) Analyse d’association entre les haplotypes au marqueur Ins977 et les composantes du rendement en grain, sur 3 environnements (YL, Yangling ; QS, Qishan ; QX, Qianxian). Test de Duncan; A, B et C indiquent des valeurs significativement différentes à p≤0,001 ; a, b et c indiquent des valeurs significativement différentes à p≤0,05. (C) Comparaison de grains issus de variétés possédant l’allèle TT ou tt au marqueur Ins977. SC, variété Sichuandali ; WM, Wanmai 38 ; MX, Mingxian 169.
A
B
C
(Ins977)
A
B
C
(Ins977)
respectivement). Les auteurs affirment que le taux moyen d’expression de TaGW2 est plus important dans les variétés avec l’allèle G que dans les variétés avec l’allèle A, bien qu’un test de Student sur les données fournies dans l’article ne montre pas de différence significative entre les taux d’accumulation de transcrits entre les 2 groupes de variétés (p=0,12).
Les auteurs ont également étudié la répartition géographique des allèles dans les diverses variétés chinoises du panel d’association et dans des variétés européennes issues de la core collection mondiale de blé détenue par le centre de ressources génétiques de Clermont- Ferrand (http://www4.clermont.inra.fr/umr1095). L’allèle A a majoritairement été sélectionné dans les variétés modernes de blés chinois, tandis que l’allèle G est l’allèle majoritaire dans les variétés de blés européens.
En conclusion de cette étude, les auteurs suggèrent que TaGW2-A affecterait négativement la taille finale et le poids du grain par un mécanisme différent de celui de GW2 chez le riz, à savoir un contrôle de ces composantes du rendement par un niveau d’expression de TaGW2-A.
Très récemment, Yang et ses collaborateurs (2012) ont identifié un polymorphisme d’insertion (une base T en position nucléotidique 977) dans l’exon 8 de TaGW2-A d’une variété asiatique à large grain, Lankaodali. Cette insertion génère un codon stop prématuré à la position nucléotidique 984 de la séquence codante de TaGW2-A, entraînant la production d’une protéine tronquée (328 acides aminés, 37,1 kDa ; Figure 48, A). Ce marqueur a été génotypé sur 372 individus d’une population F2 en ségrégation issue d’un croisement entre la variété à petits grains Chinese Spring et la variété à large grain Lankaodali. Trois génotypes ont été détectés : 75 individus F2 présentent le génotype mutant TT, 184 le génotype hétérozygote Tt, et 68 individus le génotype sauvage tt. Une analyse d’association dans une population F2:3 découlant de la population F2, dans 3 environnements (3 sites), a ensuite été réalisée entre ces 3 génotypes et les composantes du rendement suivantes : largeur et longueur du grain, et poids de 1000-grains (Figure 48, B). Les génotypes TT et Tt sont significativement associés (p<0,001) à la largeur et longueur du grain, ainsi qu’au poids de 1000-grains, dans les 3 environnements. Le génotype TT augmente en moyenne dans les 3 environnements de 5,8% la largeur du grain, de 2,42% la longueur de grain et de 10,03% le poids de 1000-grains.
Ce polymorphisme a également été retrouvé dans 2 autres variétés asiatiques, Suchuandali et Wanmai 38 (Figure 48, C). La variété Sichuandali présente des grains similaires à la variété Lankaodali, mais avec des valeurs de largeur et longueur du grain plus
grandes, et un poids de 1000-grains plus important. Les grains de la variété Wanmai 38 sont plus larges mais moins longs que les grains de la variété Lankaodali. Aucune information n’est donnée quant au poids de 1000-grains de cette variété.
En conclusion de cette étude et en opposition aux travaux de Su et ses collaborateurs (2011), les auteurs suggèrent que TaGW2-A affecterait négativement la taille finale et le poids du grain de blé, par un mécanisme similaire à celui de GW2 chez le riz.