Ramener le ch\u00e2taignier d’Am\u00e9rique de la mort, une esp\u00e8ce fonctionnellement \u00e9teinte<\/p>\n
Tr\u00e8s peu de personnes vivantes aujourd’hui ont vu les for\u00eats des Appalaches telles qu’elles existaient il y a un si\u00e8cle. M\u00eame si les parcs nationaux et r\u00e9gionaux ont pr\u00e9serv\u00e9 de plus en plus cet \u00e9cosyst\u00e8me, des agents pathog\u00e8nes fongiques d’Asie ont presque \u00e9radiqu\u00e9 l’une des esp\u00e8ces dominantes de ces for\u00eats, le ch\u00e2taignier d’Am\u00e9rique, tuant environ 3 milliards d’arbres. Bien que de nouvelles pousses continuent de sortir des souches des anciens arbres, le champignon persiste, les tuant avant qu’ils ne puissent ensemencer une nouvelle g\u00e9n\u00e9ration.<\/p>\n
Mais gr\u00e2ce en partie aux arbres plant\u00e9s dans des zones o\u00f9 les deux champignons ne se d\u00e9veloppent pas bien, le ch\u00e2taignier d’Am\u00e9rique n’est pas \u00e9teint. Et les efforts pour le faire revivre dans son aire de r\u00e9partition d’origine se sont poursuivis, malgr\u00e9 les longues dur\u00e9es de g\u00e9n\u00e9ration n\u00e9cessaires pour \u00e9lever des arbres r\u00e9sistants. Dans le num\u00e9ro de jeudi de Science, des chercheurs d\u00e9crivent leurs efforts pour appliquer des techniques g\u00e9nomiques modernes et des tests exhaustifs afin d’identifier la meilleure voie pour restaurer les ch\u00e2taigniers dans leur aire de r\u00e9partition d’origine.<\/p>\n
Plusieurs voies vers la restauration<\/p>\n
Bien que le ch\u00e2taignier d’Am\u00e9rique soit fonctionnellement \u00e9teint, il ne participe plus aux \u00e9cosyst\u00e8mes qu’il dominait autrefois, il n’est certainement pas \u00e9teint. Deux champignons asiatiques l’ont tu\u00e9 dans son aire de r\u00e9partition d’origine ; l’un cause la br\u00fblure du ch\u00e2taignier, tandis qu’un agent pathog\u00e8ne moins courant cause une maladie de pourriture des racines. Les deux pr\u00e9f\u00e8rent les environnements chauds et humides et y persistent parce qu’ils peuvent se d\u00e9velopper de mani\u00e8re asymptomatique sur des arbres \u00e9loign\u00e9s, comme les ch\u00eanes. N\u00e9anmoins, les ch\u00e2taigniers plant\u00e9s en dehors de l’aire de r\u00e9partition d’origine de l’esp\u00e8ce, principalement dans les zones plus s\u00e8ches de l’ouest de l’Am\u00e9rique du Nord, ont continu\u00e9 de prosp\u00e9rer.<\/p>\n
Il existe \u00e9galement un virus qui attaque le champignon de la br\u00fblure du ch\u00e2taignier, permettant \u00e0 quelques arbres de survivre dans les zones o\u00f9 ce virus est courant. Enfin, une poign\u00e9e d’arbres ont atteint la maturit\u00e9 dans l’aire de r\u00e9partition d’origine du ch\u00e2taignier d’Am\u00e9rique. Ces arbres, que l’article d\u00e9signe comme LSACs (grands ch\u00e2taigniers d’Am\u00e9rique survivants), sugg\u00e8rent qu’il pourrait y avoir eu un faible niveau de r\u00e9sistance naturelle au sein de la population aujourd’hui disparue.<\/p>\n
Ces arbres sont au centre de l’un des efforts pour restaurer le ch\u00e2taignier d’Am\u00e9rique. Si suffisamment d’entre eux poss\u00e8dent des moyens distincts de r\u00e9sister aux champignons, leur croisement pourrait produire une souche qui non seulement survit aux champignons mais peut \u00e9galement prosp\u00e9rer dans les Appalaches.<\/p>\n
Une approche connexe a tir\u00e9 parti du fait que le ch\u00e2taignier d’Am\u00e9rique peut produire des hybrides fertiles avec le ch\u00e2taignier chinois, qui avait co\u00e9volu\u00e9 avec les champignons introduits et \u00e9tait donc r\u00e9sistant aux infections mortelles. L’espoir \u00e9tait qu’un r\u00e9trocroisement continu de ces hybrides avec des ch\u00e2taigniers d’Am\u00e9rique aboutirait \u00e0 des arbres tr\u00e8s similaires aux ch\u00e2taigniers d’Am\u00e9rique mais conservant la r\u00e9sistance fongique de leurs cousins asiatiques.<\/p>\n
Les deux efforts ont souffert du m\u00eame probl\u00e8me auquel est confront\u00e9 tout biologiste travaillant sur les arbres : ils ont une croissance lente et peuvent prendre des ann\u00e9es avant d’atteindre une taille \u00e0 laquelle ils produisent des graines. La situation a \u00e9t\u00e9 encore compliqu\u00e9e par le fait que le ch\u00e2taignier d’Am\u00e9rique ne peut pas s’autopolliniser, il faut donc au moins deux arbres avant que toute reproduction ne soit possible.<\/p>\n
Pr\u00e9occup\u00e9 par ce que cela pourrait signifier pour la r\u00e9introduction potentielle du ch\u00e2taignier dans les Appalaches, un troisi\u00e8me projet s’est tourn\u00e9 vers la biotechnologie. La recherche avait identifi\u00e9 l’acide oxalique comme un facteur cl\u00e9 dans la virulence de la br\u00fblure. Le bl\u00e9 produit naturellement une enzyme qui d\u00e9grade l’acide oxalique, et les chercheurs ont ins\u00e9r\u00e9 le g\u00e8ne qui code cette enzyme dans le g\u00e9nome du ch\u00e2taignier d’Am\u00e9rique, cr\u00e9ant un arbre g\u00e9n\u00e9tiquement modifi\u00e9 qui peut potentiellement d\u00e9sarmer l’attaque du champignon.<\/p>\n
Sans comprendre la nature de la r\u00e9sistance ou l’efficacit\u00e9 du g\u00e8ne transg\u00e9nique, il n’y a aucun moyen de savoir quelle m\u00e9thode serait la plus efficace. Alors les chercheurs de l’American Chestnut Foundation ont assembl\u00e9 une collaboration massive pour examiner toutes ces options et d\u00e9terminer ce qui serait n\u00e9cessaire pour r\u00e9introduire des ch\u00e2taigniers r\u00e9sistants \u00e0 la br\u00fblure dans la nature.<\/p>\n
Suivi de la r\u00e9sistance<\/p>\n
L’ampleur de l’effort est immense. Au total, l’\u00e9quipe a infect\u00e9 plus de 4 000 arbres individuels avec le champignon de la br\u00fblure et a suivi leur croissance dans des p\u00e9pini\u00e8res des Appalaches pendant en moyenne plus de 14 ans. Les arbres ont \u00e9t\u00e9 not\u00e9s pour leur r\u00e9sistance sur une \u00e9chelle de z\u00e9ro \u00e0 100 en fonction des dommages caus\u00e9s par l’infection. Ces donn\u00e9es ont \u00e9t\u00e9 combin\u00e9es avec un travail de laboratoire s\u00e9rieux ; l’\u00e9quipe a produit les g\u00e9nomes de ch\u00e2taignier de la plus haute qualit\u00e9 \u00e0 ce jour (des esp\u00e8ces am\u00e9ricaine et chinoise) et a recueilli des donn\u00e9es biochimiques sur la fa\u00e7on dont les arbres r\u00e9pondent \u00e0 l’infection.<\/p>\n
Il est rapidement devenu \u00e9vident qu’il y avait des diff\u00e9rences significatives dans les taux de croissance de certains des arbres r\u00e9sistants. Lorsqu’ils sont plant\u00e9s sur des sites o\u00f9 les virus maintiennent la br\u00fblure sous contr\u00f4le, les ch\u00e2taigniers chinois ont pouss\u00e9 plus lentement que les arbres indig\u00e8nes, tandis que les hybrides ont pouss\u00e9 \u00e0 un rythme interm\u00e9diaire. Cela pourrait faire une grande diff\u00e9rence, car une croissance rapide a peut-\u00eatre permis au ch\u00e2taignier d’atteindre son ancienne domination de la canop\u00e9e.<\/p>\n
De mani\u00e8re assez surprenante, cette croissance lente s’est av\u00e9r\u00e9e \u00eatre un probl\u00e8me \u00e9galement pour les ch\u00e2taigniers d’Am\u00e9rique g\u00e9n\u00e9tiquement modifi\u00e9s. Par hasard, le g\u00e8ne du bl\u00e9 a fini par \u00eatre ins\u00e9r\u00e9 dans un g\u00e8ne connu pour \u00eatre important pour la croissance d’autres plantes. Il semble \u00eatre important chez le ch\u00e2taignier \u00e9galement ; les plantes avec deux copies des g\u00e8nes ins\u00e9r\u00e9s ont surv\u00e9cu \u00e0 16 pour cent de leur taux attendu, et celles avec une seule copie ont pouss\u00e9 22 pour cent plus lentement que les arbres non modifi\u00e9s.<\/p>\n
Cela dit, il y avait beaucoup de variabilit\u00e9 parmi les arbres g\u00e9n\u00e9tiquement modifi\u00e9s, 4 pour cent des arbres test\u00e9s montrant \u00e0 la fois une r\u00e9sistance \u00e9lev\u00e9e \u00e0 la br\u00fblure et une croissance comparable \u00e0 celle des ch\u00e2taigniers d’Am\u00e9rique non modifi\u00e9s. Il sera important de d\u00e9terminer si cette collection de traits reste coh\u00e9rente dans les g\u00e9n\u00e9rations suivantes.<\/p>\n
Bonne nouvelle, la prog\u00e9niture des ch\u00e2taigniers d’Am\u00e9rique survivants a pouss\u00e9 comme des ch\u00e2taigniers d’Am\u00e9rique. Moins bonne nouvelle, parmi 143 de ces arbres, seulement sept avaient des niveaux de r\u00e9sistance sup\u00e9rieurs \u00e0 50 sur l’\u00e9chelle de 100 points de l’\u00e9quipe. Il est possible que le croisement de ces arbres puisse renforcer davantage la r\u00e9sistance, mais cela pose \u00e9galement le risque de cr\u00e9er une population trop consanguine pour prosp\u00e9rer apr\u00e8s la r\u00e9introduction.<\/p>\n
Causes profondes<\/p>\n
L’\u00e9quipe de recherche a d\u00e9cid\u00e9 d’utiliser ses tests pour \u00e9tudier la base g\u00e9n\u00e9tique de la r\u00e9sistance. Il y a une raison tr\u00e8s pratique \u00e0 cela : si la r\u00e9sistance est m\u00e9di\u00e9e par seulement une poign\u00e9e de g\u00e8nes qui ont chacun des impacts importants, il devrait \u00eatre possible de continuer \u00e0 croiser des souches r\u00e9sistantes avec des ch\u00e2taigniers d’Am\u00e9rique r\u00e9guliers et de s\u00e9lectionner pour la r\u00e9sistance. Mais s’il y a de nombreux facteurs avec des impacts relativement faibles, il faudra un croisement dirig\u00e9 d’hybrides pour maximiser \u00e0 la fois la r\u00e9sistance et l’ADN provenant du ch\u00e2taignier d’Am\u00e9rique.<\/p>\n
L’\u00e9quipe a compl\u00e9t\u00e9 les g\u00e9nomes de ch\u00e2taignier de la plus haute qualit\u00e9 pour les esp\u00e8ces am\u00e9ricaine et chinoise, identifiant environ 25 000 \u00e0 30 000 g\u00e8nes dans les diff\u00e9rents assemblages. Ils ont ensuite utilis\u00e9 ces informations pour deux types d’analyse g\u00e9n\u00e9tique : l’identification de locus de traits quantitatifs et l’association \u00e0 l’\u00e9chelle du g\u00e9nome. Les deux approches visent \u00e0 identifier les r\u00e9gions du g\u00e9nome associ\u00e9es \u00e0 des propri\u00e9t\u00e9s sp\u00e9cifiques et \u00e0 estimer leur impact.<\/p>\n
Le travail a sugg\u00e9r\u00e9 que la r\u00e9sistance provient d’un nombre relativement important de sites, chacun avec des effets relativement mineurs. Par exemple, les sites dans le g\u00e9nome identifi\u00e9s par l’analyse de traits quantitatifs ont g\u00e9n\u00e9ralement augment\u00e9 la r\u00e9sistance d’environ 10 points sur l’\u00e9chelle de 100 points des chercheurs. Dans l’analyse \u00e0 l’\u00e9chelle du g\u00e9nome, 17 diff\u00e9rences g\u00e9n\u00e9tiques individuelles \u00e9taient associ\u00e9es \u00e0 environ un quart des traits de r\u00e9sistance h\u00e9r\u00e9ditaires. Tout cela sugg\u00e8re que, pour les hybrides (et probablement pour la r\u00e9sistance plus faible \u00e0 la br\u00fblure trouv\u00e9e chez les ch\u00e2taigniers d’Am\u00e9rique survivants), un \u00e9levage dirig\u00e9 parmi les arbres survivants sera n\u00e9cessaire.<\/p>\n
Pour le champignon de la pourriture des racines, en revanche, il semble qu’il y ait un nombre limit\u00e9 d’all\u00e8les importants avec un impact important.<\/p>\n
Les chercheurs ont \u00e9galement adopt\u00e9 une approche alternative pour identifier les facteurs de r\u00e9sistance, en comparant 100 produits chimiques produits par des souches r\u00e9sistantes et sensibles. Parmi les 41 produits chimiques d\u00e9tect\u00e9s \u00e0 des niveaux plus \u00e9lev\u00e9s chez le ch\u00e2taignier chinois, les chercheurs ont trouv\u00e9 un m\u00e9tabolite, le lup\u00e9ol, qui a compl\u00e8tement supprim\u00e9 la croissance du champignon pathog\u00e8ne. Un autre, l’\u00e9rythrodiol, a limit\u00e9 sa croissance. Si nous pouvons identifier les g\u00e8nes impliqu\u00e9s dans la production de ces produits chimiques, nous pourrions utiliser ces connaissances pour guider des programmes d’\u00e9levage dirig\u00e9, ou m\u00eame nous engager dans l’\u00e9dition de g\u00e8nes pour augmenter leur production.<\/p>\n
Le plan actuel de l’\u00e9quipe est d’utiliser des pr\u00e9dictions g\u00e9nomiques pour s\u00e9lectionner des plants hybrides \u00e0 planter dans des vergers tests, dans le but d’identifier des plantes avec une croissance et une r\u00e9sistance \u00e9lev\u00e9es. \u00c0 partir de l\u00e0, le processus peut \u00eatre r\u00e9p\u00e9t\u00e9. Mais m\u00eame apr\u00e8s l’exploration exhaustive des traits de r\u00e9sistance, les chercheurs semblent croire que les trois approches, s\u00e9lectionner des ch\u00e2taigniers d’Am\u00e9rique r\u00e9sistants, \u00e9lever des hybrides d\u00e9riv\u00e9s de ch\u00e2taigniers chinois et modification g\u00e9n\u00e9tique dirig\u00e9e, peuvent aider \u00e0 ramener le ch\u00e2taignier d’Am\u00e9rique.<\/p>\n
Les chercheurs avertissent cependant que, alors que les perturbations environnementales et les esp\u00e8ces invasives continuent de pousser certaines esp\u00e8ces cl\u00e9s au bord de l’extinction, nous devons nous am\u00e9liorer dans ce type d’op\u00e9ration de sauvetage d’esp\u00e8ces.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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