Bulletin des BioTechnologies – Septembre 2002
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Une approche de génétique inverse consiste à
modifier une séquence présentant les caractéristiques
d'une séquence exprimée et à repérer le phénotype
éventuellement modifié, contrairement à ce qui se
passe pour la génétique classique qui passe d'un
phénotype muté à l'identification de la séquence. La
technique est, cependant, encore très coûteuse.
Activator (Ac) et Mutator (Mu) sont utilisés. Leurs
différences de comportement sont utilisables, les
rendant complémentaires.
Activator a été découvert chez le maïs, il y a une
cinquantaine d'années par Barbara McClintock. Ac et
sa forme défective pour la transposition Ds (exigeant
Ac pour donner lieu à la transposition) ont été
analysés intensément depuis. Curieusement, ce
transposon a surtout été utilisé (pour le marquage de
gènes, la capture d'enhancer et de gènes) dans des
systèmes hétérologues plutôt que dans son hôte
d'origine. Sa faiblesse est sa fainéantise (10-
6mutation/gène/génération).Les populations d'Ac sont
donc 100 fois moins efficaces que celles de Mutator.
Par ailleurs, Ac et Ds transposent généralement au
voisinage du site d'insertion (10 cM du site donneur).
Voir, par exemple, M Cowperthwaite et al.; The Plant
Cell 14 (MAR02) 713-726. Par ailleurs l'excision
germinale est relativement fréquente. Cela peut être
une qualité.
La famille Mutator est relativement diverse chez le
maïs et caractérisée par ses répétitions terminales
inversées de ~220 pb. Là encore on connaît des
formes autonomes (MuDR) et défectives (Mu). Son
efficacité pose alors le problème de la surcharge en
mutations se pose à long terme, ce qui fait qu'on ne
peut utiliser une lignée marquée que pour quelques
générations. Contrairement à ce qui se passe pour Ac,
les excisions transmises par voie germinale sont
rares.
Dans les deux cas des signatures de transposition se
manifestant par de petites duplications qui peuvent
persister après excision et parfois par des
réarrangements locaux. De ce fait, le faible rayon
d'action d'Ac peut semer le trouble, la mutation
persistant après excision et transposition, alors que le
transposon marqueur est allé se loger un peu plus loin,
ce qui fausse l'identification.
Les lignées Mu actives contiennent souvent des
centaines d'éléments qui ségrègent et augmentent les
chances d'obtenir un phénotype mutant, même si la
plupart sont réprimées par un mécanisme de défense
qui peut, d'ailleurs, modifier le rythme de
transposition des éléments actifs.
Il faut, cependant, vérifier la fonction par
expression d'un transgène fonctionnel, ce qui est
évidemment lourd. Une alternative à cette
complémentation consiste à caractériser plusieurs
mutations indépendantes dans une même séquence, ce
qui renforce l'identification séquence-fonction.
L'excision germinale de Mutator, qui restaure la
fonction, permet également une confirmation mais,
comme indiqué plus haut, ces excisions sont rares.
La génétique inverse permet d'identifier, grâce aux
séquences, les individus dans une population qui
portent une lésion dans un gène donné. Cette approche
permet de se passer de criblage des phénotypes à
grande échelle de la génétique classique, ce qui, pour
le maïs, consiste à planter des hectares. Les
microréseaux ADN peuvent être utilisés pour
identifier les insertions de transposons dans un gène
donné. On peut, enfin, n'utiliser que des bases de
données comme celle de l'Universiy of Iowa. On
caractériserait les séquences flanquant le transposon
(celles du gène où il est inséré) et on les associent
avec un lot de graines. Mais ce n'est certainement pas
pour tout de suite.
Des ressources génétiques issues de cette approche
inverse se sont considérablement développées avec les
réalisations de Pioneer Hi-Bred et Cold Spring
Harbor.
Pioneer Hi-Bred a été la première compagnie à
utiliser Mutator sur une grande échelle dans le cadre
du programme de génétique inverse "Trait Utility
System for Corn, TUSC) lancé en 1995. La population
de départ était relativement limitée (42 000 plants), et
pourtant a permis d'identifier des centaines de mutants
présentant une insertion.
La Maize Targeted Mutagenesis database
(MTMdB) de Cold Spring Harbor contient une
collection publique d'environ 40 000 familles
contenant Mu, produits d'un contrat de 12,6 millions
de dollars de la NSF démarré en 1999. On estime que
chaque plant F1 de la collection MTMdB contient une
dizaine d'évènements indépendants de transposition,
soit 400 000 insertions au total.
Une approche différente est celle de Virginia
Walbot à Stanford. Elle utilise un élément Mu
trafiqué, RescueMu, qui contient des séquences
pBluescript de Stratagene flanquées par les séquences
terminales conservées de Mu. Cette construction est
rassemblée avec Mu par croisement avec des lignées
Mu actives. La construction peut alors vadrouiller
dans le génome bien qu'elle soit, par elle-même
inactive. On traite les ADNs avec une enzyme de
restriction coupant en dehors du vecteur et on
récupère, ainsi, des séquences flanquant le vecteur
inséré. L'ADN est alors circularisé, amplifié dans
E.coli où l'on constitue une bibliothèque plasmidique
de toutes les séquences flanquant les insertions. On
identifie ces séquences par comparaison avec des
banques de données. Sur le papier cela est séduisant,
mais on se heurte au silencing et à la perte de l'activité
de MU et les progrès sont ralentis
(http://gremlin3.zool.iastate.edu/zmdb/RescueMu.htm
l). On trouve la procédure d'exploitation par un
demandeur extérieur dans
(http://gremlin3.zool.iastate.edu/zmdb/library-
plate/ordering.html). TP Brutnell; Functional &
Integrative Genomics 2 (MAY02) 4-12.***