Les chromosomes sexuels de la plante Cannabis sativa identifiés

Une équipe de recherche du Laboratoire de Biométrie et Biologie Evolutive (LBBE - Université Claude Bernard Lyon 1 / CNRS / VetAgro Sup), en collaboration avec une équipe de l’institut agronomique de Moscou, a réussi à identifier les chromosomes sexuels chez la plante C. sativa. Grâce à des méthodes non-conventionnelles développées au LBBE, cette avancée ouvre la voie au développement de marqueurs universels pour le sexage de cette plante. Exploitée légalement dans un nombre croissant de pays pour ses effets narcoleptiques, notamment dans un cadre thérapeutique, un meilleur sexage de C. sativa permettrait d’optimiser sa production. Ces travaux sont publiés dans la prestigieuse revue Genome Research.

A la recherche de marqueurs génétiques pour le sexage des plantes

L’exploitation de Cannabis sativa pour le THC, qui provoque un effet narcotique, devient légale dans un nombre croissant de pays. Aux USA, l’économie liée au THC représentait 17 milliards de dollars en 2016 et en représentera 70 d’ici à 2021. Comme cette légalisation est très récente, très peu d’outils biotechnologiques sont disponibles chez cette plante. C. sativa est une plante avec des mâles et des femelles (dioïque) et le sexe est déterminé par une paire de chromosomes XY. Par contre, contrairement aux chromosomes sexuels humains, ceux de C. sativa ont à peu près la même taille, et ne peuvent pas être détectés par microscopie.

Seules les femelles produisent de la THC, et elles s’arrêtent d’en produire lorsqu’elles sont pollinisées par les mâles. Enlever les mâles des cultures le plus tôt possible constitue donc un enjeu d’un point de vue industriel. Néanmoins, le sexe n’est visible qu’à la floraison des plantes. Avoir la séquence des chromosomes sexuels permettrait de développer des marqueurs génétiques dans l’optique d’un sexage précoce des plantules. Plusieurs génomes de C. sativa ont été séquencés mais jusqu’à présent les chromosomes sexuels n’avaient pas été identifiés.

L’équipe “sexe et évolution” du LBBE travaille sur les chromosomes sexuels de plantes et notamment la mise au point de méthodes non-conventionnelles pour les étudier. En collaboration avec une équipe Russe spécialiste du Cannabis et le BGI en Chine, un centre de séquençage de génomes, l’équipe de recherche a appliqué une de ces méthodes à C. sativa et identifié la paire de chromosomes du génome correspondant aux chromosomes sexuels. Cette avancée ouvre la voie au développement de marqueurs universels pour le sexage des plantules de C. sativa.
 
 

Nouvel éclairage sur l’évolution des chromosomes sexuels chez les plantes

Outre l'intérêt appliqué, l’étude éclaire d’un nouveau jour l'évolution des chromosomes sexuels chez les plantes, peu étudiés jusqu’à maintenant. Cette étude révèle que les chromosomes XY de C. sativa figurent parmi les plus anciens connus chez les plantes. Le Y ne recombine pas avec le X sur une grande partie de sa longueur, ce qui a conduit à une dégénérescence assez avancée du matériel génétique. La grande question est donc maintenant :  comment ces chromosomes ont-ils pu conserver une taille similaire malgré leur évolution indépendante depuis des dizaines de millions d'années ?  D'autres études sont en cours pour y répondre.
  

Cover artwork by Marc Parchow, qualalbatroz.pt

Prentout, D., Razumova, O., Rhoné, B., Badouin, H., Henri, H., Feng, C., Käfer, J., Karlov, G., & Marais, G. (2020). An efficient RNA-seq-based segregation analysis identifies the sex chromosomes of Cannabis sativa. Genome research, 30(2), 164–172.https://doi.org/10.1101/gr.251207.119

[1] Laboratoire de Biométrie et Biologie Evolutive