Différents types de Modulation de l'expression des transgènes chez les plantes

La modulation de l'expression des gènes peut être faite de différentes manière dont l'utilisation de l'ARN antisens.

gene transcription

Transformation sens. Exemple de la chitinase

La transformation sens (séquences homologues) permet d'augmenter la production d'une molécule déjà présente. On utilise des promoteurs de transcription.

Transformation sens

Exemple1 : la surexpression d'un gène codant une chitinase peut conduire à une résistance accrue des plantes à des champignons pathogènes. -- Voir contrôle S6 sur transformation génétique du tabac et de la pomme de terre par le gène de la chitinase de Trichoderma harzianum
Exemple 2 : la surexpression (avec un promoteur caMV 35S) chez la tomate du gène de Petunia codant pour la chalcone isomérase (enzyme clé de la synthèse des flavonoïdes à l'origine des antioxydants) a multiplié par 78 la quantité de la quercétine (glucoside) de pouvoir antioxydant très fort (Muir et al. 2001. Overexpression of Petunia chalcone isomerase in tomato results in fruit containing increased levels of flavonols. Nat. Biotechnol.19:470-474).

Strong promoter

A strong promoter like CaMV 35S (a group of plant double-stranded DNA viruses) can be used to achieve optimal expression of more than one gene by successive transformations.

Voir TD plantes transgéniques surexprimant les peroxydases. Peut-on utiliser ce concept pour lutter contre la fusariose (Bayoud) chez le palmier dattier (Phoenix dactylifera L.) ?


2/ Modulation par les facteurs cis-régulateurs et les facteurs trans-régulateurs


Une séquence cis est une séquence d'ADN capable de moduler l'expression d'un gène (élément cis-régulateur). La notion de séquence cis s'oppose à celle de facteur trans (facteurs-trans-régulateurs). Les séquences de nucléotides du promoteur (facteurs cis-régulateurs) sont reconnues par une classe de protéines spécifiques (facteurs trans-régulateurs) dont la structure permet une liaison avec l'ADN (DNA binding proteins). Les facteurs trans-régulateurs ont des effets sur la vitesse de la transcription : activateurs (séquences enhancer) ou inhibiteurs (séquences silencer). Leur liaison avec le DNA dépend le plus souvent de circonstances physiologiques qui induisent ou répriment l'expression du gène.

Facteurs cis-, tranc- régulateurs

3/ Transformation antisens


La transformation antisens permet de diminuer la production d'une molécule déjà présente

ARN antisens

Antisense RNA (asRNA) is a single-stranded RNA that is complementary to a messenger RNA (mRNA) strand transcribed within a cell. Some authors have used the term micRNA (mRNA-interfering complementary RNA) to refer to these RNAs. Antisense RNA may be introduced into a cell to inhibit translation of a complementary mRNA by base pairing to it and physically obstructing the translation machinery. The effects of antisense RNA are related with the effects of RNA interference (RNAi).
Exemple chez les plantes: la tomate Flavr Savr (prononcer 'flavor saver')
La variété de tomate Flavr Savr (Lycopersicon esculentum) a été crée au par modification génétique précise visant à réduire l'activité d'une pectinase, la polygalacturonase (PG). Une copie supplémentaire du gène codant la PG a été introduite dans l'orientation 'antisens', ce qui a réduit la traduction de l'ARN messager (ARNm) de la PG endogène. L'enzyme PG catalyse la dégradation de la pectine dans la tomate. Ceci fait ramollir le fruit.

La variété transgénique mûrit normalement, mais la dissociation de la pectine reste limitée, ce qui fait que son épaisseur et son uniformité augmentent et représentent un avantage dans toutes les étapes de la récolte et de la transformation.

إدخال جينات في النبات لتمديد فترة الإحتفاظ بالثمار و ذلك بإعاقة أنزيم البولكلتوروناز(Polygalacturonase) المسؤول عن استلانة الثمار. في هذا المجال يستعمل مبدأ إسكات المورثات لنظيرتها. و تتجلى الطريقة في إيلاج نسخة إضافية من الجين المسؤول في الإتجاه المعاكس (Antisens) أو في نفس الإتجاه و لكن بشكل ناقص.

Tomate. Activité polygalacturonase

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4/ Transformation par ARN d'interférence (RNAi)


La Transformation par ARN d'interférence (RNAi) permet de diminuer production d'une famille de molécules.

ARN interference

Les ARN peuvent réguler l'expression des gènes. Ainsi, l'ARNi (interférence ARN, ARN bicaténaire), peut bloquer la transcription et la traduction. L'interférence de l'ARNi avec un ARN messager spécifique conduit à sa dégradation et à la diminution de sa traduction en protéine.
'The RNAi process, is initiated by double-stranded RNA fragments, which may be created by the expression of an anti-sense RNA followed by the base-pairing of the anti-sense strand to the target transcript. The double-stranded RNA is cleaved into small fragements by DICER (RNAse), and then a single strand of the fragment is incorporated into the RNA-induced silencing complex (RISC) so that the RISC may bind to and degrade the complementary mRNA target'.
Lien utile : RNAi process

Exemple d'ARN d'interférence : Répression de l'enzyme débranchante de l'amidon (alpha 1-6 glucosidase), connue sous le nom 'starch branching enzyme' (SBE) responsables de la formation de l'amylopectine chez plusieurs plantes dont la pomme de terre et le riz...
'Starch branching enzyme (SBE) is a key enzyme in the process of starch biosynthesis, forming the branched structure by catalysis of glucose monomer binding through ?-1,6 bonds'

Amidon. Enzyme débranchante  (SBE)

Il en résulte une augmentation importante d'amylose et diminution de l'amylopectine dans l'amidon. L'intérêt de cette transformation est l'obtention d'une meilleure aptitude à la gélification et à la formation de films (Andersson et al. 2006, J. Biotechnol). De plus l'amylose est moins dégradé par les amylases que l'amylopectine. D'où un index glycémique faible.


5/ Production d'une nouvelle molécule


Exemple : Transformation du riz avec les gènes de biosynthèse des caroténoïdes exprimés dans le grain. Le béta-carotène (pigment précurseur de la vitamine A) : synthèse dans l'enveloppe du riz (habituellement éliminée pour améliorer la conservation) mais pas dans l'albumen (dans le grain). Par introduction de trois gènes, on est arrivé à la restauration de la voie de biosynthèse du béta-carotène dans le grain de riz. Le 'riz doré' (golden rice) est une variété de riz (Oryza sativa) génétiquement modifiée afin qu'il produise de la vitamine A issue du béta-carotène dans la partie consommable du riz, l'albumen.

Riz doré

Il a été créé à l'École polytechnique fédérale de Zurich (Suisse), et les détails scientifiques ont été pour la première fois publiés dans la revue Science en 2000 (X Ye, S Al-Babili, A Klöti, J Zhang, P Lucca, P Beyer et I Potrykus, " Engineering the provitamin A (beta-carotene) biosynthetic pathway into (carotenoid-free) rice endosperm, Science, vol. 287, no 5451,? 2000, p. 303-5).

Carotène, vitamine A
golden rice transgene

LIENS UTILES


- Promoteurs et régulation de l'expression des gènes
- QCM sur transcription QCM 1. Génie génétique (souvenir du bac!, Ar, Fr)
- QCM 2. connaissances de base Biotechnologies
- Gène. Structure
- Génie génétique. Cours
- Biologie moléculaire et génie génétique. Liens
- Génie génétique. QCM de base (FR, Ar)
- Clonage des gènes. QCM -
- Microsatellites (SSR) et transgénèse chez le niébé. Examen S6 2017


- Faire un Quiz formatif (Contrôle noté) sur les Biotechnologies des Plantes et Marqueurs moléculaires

QCM Biotech


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    transgènes expression, modulation