Linkage drag – pourquoi un gène introgressé emmène ses voisins

Le linkage drag, ou entraînement par liaison, est le morceau de génome étranger qui reste accroché à un gène introduit par croisement et dont on ne parvient pas à se débarrasser. Le terme décrit exactement ce qui se passe : on fait entrer le gène cible, et il traîne ses voisins avec lui.

Pourquoi un gène ne peut pas déménager seul

Supposons qu’une vieille landrace résiste à un champignon et que l’on veuille transférer ce caractère dans une variété existante qui apporte par ailleurs tout ce que l’on souhaite. On croise les deux, on choisit parmi les descendants ceux qui portent la résistance, et on les croise de nouveau avec sa propre variété. On répète l’opération. En termes techniques, cette intégration d’un caractère étranger dans une variété existante s’appelle introgression.

Sur le papier, la landrace disparaît vite : après le premier tour, trois quarts du génome proviennent en moyenne de nouveau de la variété receveuse, après le deuxième sept huitièmes. Mais cela ne vaut que pour la moyenne sur l’ensemble du génome.

La raison tient à la façon dont le génome se transmet. Les gènes sont alignés sur les chromosomes, et lors de la formation des cellules sexuelles, ces chromosomes ne sont pas mélangés gène par gène : ils ne sont coupés et recombinés qu’à quelques endroits. Cette coupure s’appelle recombinaison. Un descendant n’hérite donc pas d’une collection de gènes isolés, mais de segments entiers d’un seul tenant.

Le piège est alors tendu. À chaque tour, on sélectionne les plants qui portent le gène cible – et l’on sélectionne forcément aussi le segment dans lequel il se trouve. Alors que le reste du génome donneur est divisé par deux à chaque croisement, l’environnement immédiat du gène cible, lui, se maintient. Il ne rétrécit que si un point de coupure tombe par hasard assez près du gène cible, et de tels plants sont rares.

Quelle taille garde le morceau entraîné

Dans une simulation détaillée sur le colza, ce morceau mesurait en moyenne 15,9 millions de paires de bases après le premier rétrocroisement et encore 5,4 millions après le deuxième. Pour situer : un lot haploïde de chromosomes du cannabis compte environ 750 millions de paires de bases. Dans cet ordre de grandeur, le morceau entraîné correspond donc à environ deux pour cent d’un génome entier – et précisément à l’endroit où l’on ne voulait rien d’étranger.

Le phénomène devient encore plus net plus loin dans le programme. Après trois rétrocroisements suivis d’une autofécondation, 98 % du génome donneur restant provenaient de ce seul segment. Le reste de la landrace avait disparu, mais pas son voisinage autour du gène cible.

Pourquoi la position compte plus que le nombre de tours

La recombinaison ne se produit pas partout avec la même fréquence. Il existe des segments où les coupures sont fréquentes et d’autres où pratiquement aucun point de coupure ne tombe. Si le gène cible se trouve dans une zone propice aux échanges, le même segment se réduit, dans la même simulation, à des fractions de mégabase, c’est-à-dire à un petit reste.

Le cas le mieux étudié chez le cannabis montre à quel point l’écart peut être extrême. Le segment qui porte la CBDA synthase se trouve dans une zone pauvre en gènes et en recombinaison d’environ 39 millions de paires de bases. Parmi 99 descendants examinés, aucun événement de coupure n’y est survenu. Une telle zone se déplace en bloc : ce qu’elle contient vient entièrement ou pas du tout.

Pour la planification, cela signifie qu’avant de fixer le nombre de générations, il faut savoir où se trouve le caractère recherché. Cinq tours à un endroit défavorable rapportent moins que deux à un endroit favorable.

Ce que l’on peut y faire

La parade habituelle consiste à placer des marqueurs à gauche et à droite du gène cible. On vérifie non seulement si un plant porte le gène cible, mais aussi si les deux positions voisines proviennent déjà de nouveau de sa propre variété. Si les deux conditions sont remplies, la coupure s’est faite près de la cible chez ce plant. De tels plants sont rares, mais on les trouve parmi quelques centaines de descendants.

Cela réduit le segment sans l’éliminer. Là où il n’y a aucune recombinaison, le meilleur marqueur n’aide pas non plus – le plant qu’il recherche n’y existe tout simplement pas.

Sources