L’étude expérimentale fournit de nouvelles informations sur la génétique des traits héréditaires :

Utilisant un modèle expérimental innovant incorporant 240 000 souches de levure de bière issues de deux “parents” communs, les chercheurs de l’USC et de l’Université de Stanford ont publié une nouvelle étude donnant un aperçu de la base génétique des traits héréditaires. Ces conclusions, publiées le 18 mars dans : Communication Nature :peut fournir un nouvel outil important pour les applications cliniques, biologiques et agricoles.

Au cœur de la recherche se trouve la relation entre les effets génétiques additifs – où deux marqueurs génétiques ou plus pour le même trait se combinent pour former un trait visible, ou phénotype – et non additifs. Ces derniers effets génétiques, dominance et épistasie, masquent ou modifient les effets d’autres marqueurs génétiques lors de la formation d’un phénotype, respectivement. Ensemble, ces trois effets régissent la façon dont un génotype est exprimé en tant que phénotype.

Le modèle additif de base expliquant comment de multiples facteurs génétiques donnent naissance à des traits héréditaires n’a pas changé depuis un siècle. Cependant, les scientifiques peuvent désormais étudier le rôle que jouent les marqueurs génétiques dans l’exposition, la diminution ou la modification des phénotypes à une profondeur sans précédent, grâce aux augmentations exponentielles de la technologie de séquençage et de la puissance de calcul. Ces nouvelles connaissances n’auraient pas été possibles il y a dix ans, selon Ian Ehrenreich de l’USC, professeur agrégé de sciences biologiques et co-auteur de l’étude.

“Cette étude et d’autres en cours montrent que l’ancien modèle additif a bien fonctionné mais présente des problèmes majeurs”, a-t-il déclaré. “Ce n’est pas très efficace si vous voulez prédire quel sera le phénotype d’un individu particulier. Pourquoi ? Parce que les systèmes biologiques ne se comportent souvent pas comme de simples modèles statistiques.

“Les systèmes biologiques sont constitués de gènes qui fonctionnent ensemble. Lorsque vous modifiez plusieurs gènes, souvent les effets ne semblent pas s’additionner comme le suggère l’ancien modèle. Notre travail montre que même lorsque les allèles sont hétérozygotes – ou lorsque les gènes hérités ne le sont pas. correspondent chez le même individu – ils se comporteront différemment que prévu en raison de polymorphismes – ou de mutations – qui sont présents à d’autres loci dans un organisme. “

Une poignée de facteurs génétiques à effet important ont un impact démesuré sur les traits visibles :

Au centre de l’étude se trouvent les 240 000 souches diploïdes individuelles de Saccharomyces cerevisiae, ou levure de bière. Les chercheurs ont utilisé un système de double code-barres codé chromosomiquement pour générer et estimer l’aptitude d’un panel de souches regroupées en centaines de familles – le résultat de plus de quatre ans de travail.

L’équipe a trouvé des milliers de marqueurs génétiques, ou loci, “comprenant au moins un ordre de grandeur d’interactions génétiques de plus que celles découvertes dans les croisements de levures précédents”. Les résultats ont montré que la variation phénotypique est largement déterminée par une poignée de locus clés qui ont des effets additifs et de dominance majeurs. Même avec la centralité de leur rôle, le patrimoine génétique – tous les autres loci présents chez un individu – peut modifier ou même masquer complètement leurs effets en raison des interactions génétiques. Les auteurs ont noté que “les traits héréditaires de la levure sont plus complexes génétiquement qu’on ne l’appréciait auparavant”.

“Notre travail soutient l’hypothèse selon laquelle, dans la mesure du possible, se concentrer sur des groupes d’individus plus étroitement liés, tels que les familles étudiées ici, peut améliorer la puissance statistique et la précision par rapport aux populations avec une plus grande diversité”, ont écrit les auteurs. “Les connaissances génétiques acquises auprès de ces groupes plus étroitement liés peuvent ensuite être exploitées pour informer l’architecture génétique des traits dans des populations plus diverses dans lesquelles de nombreux effets génétiques critiques pourraient autrement être obscurcis.”

Le rôle central du contexte génétique dans la variation phénotypique « entravera probablement les efforts visant à prédire le phénotype à partir du génotype », concèdent les auteurs. Mais la découverte selon laquelle les loci à grands effets s’influencent mutuellement et peuvent expliquer bon nombre, sinon la plupart, des effets génétiques peut être prometteuse pour les chercheurs d’autres domaines.

La recherche clinique en médecine personnalisée dépend de la réalisation d’une compréhension prédictive de la façon dont les génomes produisent des traits. Dans le domaine de l’agriculture, le développement de plantes et d’élevages productifs dans différentes parties du monde – qui peuvent se détériorer – est un besoin pressant dans un monde assailli par le changement climatique. Cette nouvelle étude donne aux chercheurs une compréhension plus sophistiquée de la façon d’aborder la médecine de précision, les plantes résistantes à la sécheresse et l’augmentation de la productivité des cultures.

“La façon dont l’agriculture a fonctionné historiquement consiste à prendre différentes souches, à combiner leurs polymorphismes dans une nouvelle souche et à essayer de voir si c’est mieux que ce que vous aviez auparavant”, a déclaré Ehrenreich. “Notre étude donne un aperçu des règles selon lesquelles cela peut fonctionner.

“La sélection naturelle dépend de la variation génétique dans une population – comment se fait-il que la sélection naturelle agisse sur une variation ? Les types d’effets que nous décrivons dans cette étude réduisent fondamentalement la capacité de la sélection naturelle car si un polymorphisme n’est pas visible chez certains individus , ou il est accru chez certains mais pas chez d’autres, cela va modifier la façon dont la sélection naturelle peut opérer sur ces variantes. ”