1 Physcomitrella patens : un système expérimental modèle en génomique végétale Didier G. SCHAEFER, Mikhail CHAKHPARONIAN & Jean-Pierre ZRŸD Institut d’écologie, Laboratoire de Phytogénétique Cellulaire Université de Lausanne, Suisse Email : didier.schaefer@ie-pc.unil.ch Introduction Ces dix dernières années, les progrès des programmes de séquençage, de la transgenèse, des techniques de biologie moléculaire et de la bioinformatique ont radicalement modifié la méthodologie des approches génétiques en biologie. Le décryptage du génome complet de la plante modèle Arabidopsis thaliana annoncé en décembre 2000, celui en cours d’autres plantes modèles comme le riz, la luzerne ou le maïs, et les millions de séquences d’autres plantes disponibles dans les banques de données fournissent l’information nécessaire au développement d’une génomique fonctionnelle performante des plantes. La méthodologie de cette génomique est basée sur la génétique inverse par transgenèse et sur des études globales de profil d’expression de nom- breux gènes en réponse à différentes conditions expérimentales (transcriptome, protéome, profil métabolique). L’introduction de séquences connues dans un génome par transgenèse permets de réaliser des programmes de mutagenèse insertionnelle systématique (knock-out, étiquetage et capture de gènes), d’étudier le phénotype résultant de l’addition de caractères génétiques nouveaux ou de la modulation de l’expression de gènes endogènes par surexpression ou silençage, ainsi que des études cytologiques in vivo de la fonction des protéines (fusions GFP, apo- aequorine). Cette transgenèse est extrêmement performante mais a cependant une limite : le fait que l’ADN transformant s’intègre en des locus aléatoires du génome par recombinaison illégitime ne permet pas de mutagenèse ponctuelle prédéfinie et génère parfois des effets de position qui interfèrent avec l’analyse du phénotype muté. La génération d’une mutation ponctuelle déterminée dans un gène fournit l’outil ultime à l’étude fine de sa fonction, et la transgenèse ciblée permet de produire de telles mutations par conversion génique. Dans ce cas, l’ADN transformant porte une séquence génomique mutagénisée in vitro qui va adresser l’ADN vers le locus ciblé et interrompre ou remplacer la séquence native en s’intégrant par recombinaison homologue (revue dans Schaefer, 2001). Cette méthodologie constitue la base de la génétique inverse en microbiologie, mais n’est que rarement applicable chez les eucaryotes pluricellulaires car l’intégration ciblée par recombinaison homologue est 1000 à 10000 fois moins fréquente que l’intégration stochastique dans le génome par recombinaison illégitime. Il y a 12 ans, la découverte que les fréquences d’intégration ciblée dans une lignée cellulaire embryonnaire de souris (cellules ES) atteignent 1–10 % des événements de transformation a permis de résoudre cette limitation méthodologique en biologie animale et explique le développement extraordinaire de ce système expérimental modèle. A ce jour, les fréquences d’intégration ciblée dans le génome des angiospermes sont trop basses pour permettre ce type d’approche en biologie végétale (Mengiste & Paszkowski, 1999 ; Vergunst & Hooykaas, 1999). Nous avons récemment montré que la transformation ciblée par recombinaison homologue est aussi efficace dans la mousse Physcomitrella patens que chez Saccharomyces cerevisiae (Schaefer, 2001 ; Schaefer & Zrÿd, 1997) et discutons des implications de cette découverte en vue du développement futur de Physcomitrella patens comme « levure verte » en génomique végétale. Les mousses comme plantes modèles Le potentiel des Bryophytes comme système expérimental modèle de biologie des plantes était déjà reconnu au début du siècle et est associé aux caractéristiques suivantes (Cove et al., 1997 ; Knight, 2000 ; Reski, 1998 ; Wood et al., 2000) : (1) On retrouve dans une mousse la structure fondamentale de l’architecture d’une plante avec une rhizosphère responsable de la fixation de la plante au substrat et de l’assimilation de nutriments, et une partie aérienne photosynthétique composé d’une tige dressée se différenciant à partir d’un Ecole thématique Biologie végétale - 2001