McClintock est considérée comme l’une des plus éminentes cytogénéticiennes du XXᵉ siècle.
Barbara McClintock Prix Nobel de physiologie ou médecine 1983
Tout au long de sa carrière, Barbara McClintock (1902-1992) a étudié la cytogénétique du maïs, faisant des découvertes tellement au-delà de la compréhension de l’époque que d’autres scientifiques ont essentiellement ignoré son travail pendant plus d’une décennie. Mais elle a persisté, faisant confiance à elle-même et aux preuves sous son microscope.
Barbara McClintock a failli ne pas aller à l’université. Elle était une étudiante talentueuse, mais sa mère pensait qu’un diplôme universitaire nuirait à ses chances de mariage et a opposé son veto à son projet d’aller à Cornell.
La génétique en tant que discipline était encore nouvelle dans les années 1920 ; Cornell n’offrait qu’un seul cours de premier cycle. Mais McClintock s’y est mis immédiatement, s’intéressant toute sa vie au domaine de la cytogénétique – l’étude des chromosomes et de leur expression génétique
Elle a obtenu son baccalauréat, sa maîtrise et son doctorat à Cornell et a connu un grand succès dans ses recherches sur la cytogénétique du maïs. Même ainsi, il n’a pas été facile de trouver un poste permanent au milieu de la Dépression. Enfin, McClintock a été embauché comme professeur adjoint à l’Université du Missouri en 1936.
McClintock adorait travailler en laboratoire. « J’étais tellement intéressée par ce que je faisais que je pouvais à peine attendre de me lever le matin et de m’y mettre », a-t-elle dit un jour.
Mais pour elle, l’enseignement était une distraction. Elle a quitté son emploi universitaire en 1941 pour Cold Spring Harbor Laboratory, un centre de recherche financé par la Carnegie Institution. Libérée pour se concentrer exclusivement sur ses expériences, McClintock est restée à Cold Spring Harbor jusqu’à sa retraite en 1967 – et même au-delà, en tant que scientifique émérite, jusqu’à sa mort à l’âge de 90 ans.
Au début de ses recherches à Cold Spring Harbor, McClintock a commencé à étudier les modèles de couleurs en mosaïque du maïs au niveau génétique. Elle avait noté que les modèles de noyau étaient trop instables et changeaient trop fréquemment au cours de plusieurs générations pour être considérés comme des mutations. Qu’est-ce qui était responsable de cela ? La réponse contredit la théorie génétique dominante.
Consciente que ses travaux s’écartaient de la sagesse commune, McClintock reporta la publication de ses théories sur la transposition génétique et le contrôle des éléments jusqu’à ce que d’autres chercheurs aient confirmé ses résultats. Enfin, à l’été 1951, elle donna une conférence sur ses découvertes lors du symposium annuel du Cold Spring Harbor Laboratory. Ça ne s’est pas bien passé. Comme elle l’a rappelé plus tard, le public était soit perplexe, soit hostile à ses théories. « Ils pensaient que j’étais fou, absolument fou. »
«Je savais juste que j’avais raison. Quiconque s’était vu jeter cette preuve avec un tel abandon ne pouvait s’empêcher de tirer les conclusions que j’en avais tirées.» Barbara McClintock
Face à une telle résistance à ses théories, McClintock a cessé de publier et de donner des conférences – elle a cessé d’essayer de convaincre les autres – mais elle n’a jamais cessé de poursuivre ses théories. « Je savais juste que j’avais raison », a-t-elle déclaré plus tard. « Quiconque s’était vu jeter cette preuve avec un tel abandon ne pouvait s’empêcher de tirer les conclusions que j’en avais tirées. »
Enfin, au milieu des années 1960, la communauté scientifique a commencé à arriver aux mêmes conclusions, validant ses découvertes et lui accordant le crédit qui était attendu depuis longtemps. McClintock a reçu le prix Nobel plus de 30 ans après avoir fait les découvertes pour lesquelles elle a été honorée.
«Au fil des années, j’ai vraiment apprécié de ne pas avoir à défendre mes interprétations. Je pourrais juste travailler avec le plus grand plaisir. Je n’ai jamais ressenti le besoin ni le désir de défendre mes opinions. S’il s’avérait que je me trompais, j’oubliais simplement que je n’avais jamais eu une telle opinion. Cela n’avait pas d’importance.»
Barbara McClintock a fait découverte après découverte au cours de sa longue carrière en cytogénétique. Mais on se souvient surtout d’elle pour avoir découvert la transposition génétique (« gènes sauteurs »). Comprendre le phénomène est toujours fondamental pour comprendre la génétique, ainsi que les concepts connexes en médecine, en biologie évolutive, etc.
Au-delà de ses découvertes, cependant, l’héritage de McClintock est d’une persistance peu commune. Comme elle l’a dit, « Si vous savez que vous êtes sur la bonne voie, si vous avez cette connaissance intérieure, alors personne ne peut vous décourager… peu importe ce qu’ils disent. »
Barbara McClintock et la découverte des gènes sauteurs (transposons)
Les expériences de sélection de maïs de McClintock ont fourni les premières descriptions détaillées des éléments transposables. Que sont exactement ces « gènes sauteurs » et pourquoi sont-ils si importants ?
Certaines découvertes génétiques les plus profondes ont été faites avec l’aide de divers modèles d’organismes qui sont favorisés par les scientifiques pour leur disponibilité généralisée et leur facilité d’entretien et de prolifération. Un de ces modèles est Zea mays (maïs), en particulier les plantes qui produisent des grains de couleur variable. Parce que chaque grain est un embryon produit à partir d’une fécondation individuelle, des centaines de descendants peuvent être marqués sur un seul épi, faisant du maïs un organisme idéal pour l’analyse génétique.
En effet, le maïs s’est avéré être l’organisme parfait pour l’étude des éléments transposables (ET), également appelés « gènes sauteurs », qui ont été découverts au milieu du XXe siècle par la scientifique américaine Barbara McClintock. Le travail de McClintock était révolutionnaire en ce sens qu’il suggérait que le génome d’un organisme n’est pas une entité stationnaire, mais plutôt sujet à altération et réarrangement – un concept qui a été refusé par la communauté scientifique à l’époque. Cependant, le rôle des transposons est finalement devenu largement apprécié et McClintock a reçu le prix Nobel en 1983 en reconnaissance de cela et de ses nombreuses autres contributions au domaine de la génétique.
McClintock et les origines de la cytogénétique
Barbara McClintock a commencé sa carrière scientifique à l’Université Cornell, où elle a été la pionnière de l’étude de la cytogénétique – un nouveau domaine dans les années 1930 – en utilisant le maïs comme organisme modèle. En effet, le mariage de la cytologie et de la génétique est devenu officiel en 1931, lorsque McClintock et l’étudiante diplômée Harriet Creighton ont fourni la première preuve expérimentale que les gènes étaient physiquement positionnés sur les chromosomes en décrivant le phénomène de croisement et la recombinaison génétique. Bien que Thomas Hunt Morgan ait été la première personne à suggérer le lien entre les traits génétiques et l’échange de matériel génétique par les chromosomes, 20 ans se sont écoulés avant que ses idées ne soient scientifiquement prouvées, en grande partie en raison des limitations des techniques cytologiques et expérimentales (Coe & Kass, 2005). Les propres techniques cytogénétiques innovantes de McClintock lui ont permis de confirmer les idées de Morgan, et ces techniques comptent parmi ses plus grandes contributions à la science.
Découvrir les ET par l’expérimentation avec le maïs
Comme mentionné précédemment, McClintock est surtout connue pour sa découverte d’éléments transposables par l’expérimentation du maïs. Cependant, afin de comprendre les observations de McClintock et la logique qui a conduit à sa découverte des ET, il faut d’abord être conscient que le système phénotypique étudié par McClintock – le motif de couleur panaché des grains de maïs – implique trois allèles plutôt que les deux habituels. Pour mieux saisir cette idée, considérons chaque grain de maïs comme un individu unique, issu d’un ovule ayant subi une double fécondation (Figure 1). Lors de double fécondation, un spermatozoïde fusionne avec le noyau de l’ovule, produisant un zygote diploïde qui se développera à la génération suivante. Pendant ce temps, l’autre spermatozoïde fusionne avec les deux noyaux polaires pour former un endosperme triploïde, qui forme une couche protéique externe connue sous le nom de couche d’aleurone. En conséquence, le tissu coloré (ou incolore, selon le cas) qui constitue la couche d’aleurone du noyau est triploïde et non diploïde.
Le système Ac/Ds des éléments transposables
McClintock a travaillé avec ce qu’on appelle le système Ac/Ds chez le maïs, qu’elle a découvert en menant des expériences de sélection génétique standard avec un phénotype inhabituel. Grâce à ces expériences, McClintock a reconnu que la rupture se produisait à des sites spécifiques sur les chromosomes du maïs. En effet, le premier élément transposable qu’elle a découvert était un site de cassure chromosomique, nommé à juste titre « dissociation » (Ds). Bien que McClintock ait finalement découvert que certains TE pouvaient « sauter » de manière autonome, elle a d’abord noté que les mouvements des D étaient régulés par un élément autonome appelé « activateur » (Ac), qui peut aussi favoriser sa propre transposition. Bien entendu, ces découvertes ont été précédées d’une vaste expérimentation de sélection. On savait à l’époque, grâce aux travaux antérieurs de Rollins A. Emerson, un autre généticien américain du maïs et le « redécouvreur » des lois de l’hérédité de Mendel, que le maïs avait des gènes codant pour des grains panachés ou multicolores ; ces grains ont été décrits comme incolores (bien qu’ils soient en fait blancs ou jaunes), à l’exception de taches ou de stries violettes ou brunes. Emerson avait proposé que les stries panachées étaient dues à une » mutation instable » ou une mutation pour le phénotype incolore qui revenait parfois à sa variante de type sauvage et entraînait une zone de couleur. Cependant, il ne pouvait pas expliquer pourquoi ni comment cela s’était produit. Comme McClintock l’a découvert, la mutation instable Emerson a laissé perplexe over était en fait un système à quatre gènes.
Dans ses expériences, McClintock a élevé des femelles homozygotes pour C et bz et dépourvues de Ds (notées CCbzbz –, où les tirets indiquent l’absence d’allèles Ds) avec des mâles homozygotes pour C’, Bz et Ds (notés C ‘C’BzBzDsDs) pour donner des hétérozygotes avec une couche d’aleurone qui avaient le génotype C’CCBzbzbz — Ds. (N’oubliez pas qu’en cas de double fécondation, le sperme fournit un ensemble d’allèles et l’ovule en fournit deux.) En raison de la présence de l’allèle inhibiteur dominantC’, on s’attendait à ce que les noyaux de la progéniture soient incolores, quelle que soit leur constitution génétique au locus Bz/bz. En fait, lors du croisement, beaucoup de ces grains étaient en effet incolores. Cependant, McClintock a également observé de nombreux grains avec des arrière-plans incolores et des quantités variables de taches ou de stries brun foncé, et elle a conclu que les cellules individuelles de ces grains avaient perdu leurs allèles C ‘ et Bz en raison d’une rupture chromosomique au locus Ds. Sans l’allèle C ‘ (pour empêcher l’expression de la couleur) ou l’allèle Bz (violet), les cellules qui avaient subi une cassure au locus Ds se sont retrouvées avec une coloration brune.
Dans les graines affectées, la quantité de stries ou de taches colorées dépendait du moment où, au cours du développement de la graine, la mutation des cellules somatiques au niveau de Ds s’est produite. Si cette mutation se produisait au début du développement, alors, à mesure que la cellule mutante continuait à se diviser, davantage de cellules dans le noyau mature auraient le phénotype brunâtre et la tache ou la bande de couleur sur le noyau serait plus grande. D’autre part, si la mutation se produisait plus tard dans le développement, les taches seraient plus petites, car le noyau subirait moins de division cellulaire avant la maturité.
Expression de Ds dans le maïs
McClintock a également effectué des expériences supplémentaires pour démontrer que l’effet phénotypique de Ds dépendait de la présence d’un autre élément, qu’elle a appelé Ac. Cependant, McClintock a eu du mal à cartographier les éléments Ac et Ds, notant qu’ils ont changé leurs positions sur le chromosome dans différentes plantes de maïs. En fait, d’autres expériences ont montré que Ds ne se contentait pas de casser des chromosomes, mais qu’il pouvait en fait se déplacer d’un emplacement chromosomique à un autre.
Lorsque Ds s’insère dans l’allèle Bz, par exemple, il provoque une mutation dans le gène Bz (mais seulement lorsque Acest présent), détruisant ainsi la capacité du gène Bz à produire n’importe quel pigment. Ds peut également exciser l’allèle Bz (encore une fois, uniquement en présence d’Ac), ce qui fait que Bz revient à son phénotype violet ou brun. Encore une fois, la quantité de violet ou de brun dépend du moment où, au cours du développement, Ds est inséré ou excisé. Si l’excision a lieu avant la fécondation, le grain affecté sera entièrement violet ou brun, selon le génotype Bz/bz. Des années après que McClintock ait découvert le système Ac/Ds, les scientifiques ont finalement pu étudier les deux ET avec beaucoup plus de détails moléculaires. Aujourd’hui, nous savons que les éléments Ac mesurent environ 4 500 paires de bases et ont une structure similaire à celle d’autres transposons d’ADN.
McClintock et la théorie de l’épigénétique
Au-delà de sa découverte des ET et de ses techniques de recherche cytogénétiques révolutionnaires, Barbara McClintock a également été la première scientifique à spéculer correctement sur le concept de base de l’épigénétique – ou des modifications héréditaires de l’expression des gènes qui ne sont pas causées par des modifications des séquences d’ADN. Principalement, elle a reconnu que les gènes peuvent être exprimés et réduits au silence pendant la mitose dans des cellules génétiquement identiques. McClintock a proposé cette théorie avant que la structure moléculaire de l’ADN et plus de 40 ans avant que le concept d’épigénétique ne soit formellement étudié, renforçant ainsi sa réputation d’innovatrice dans son domaine.
Sommaire
La découverte par Barbara McClintock d’éléments transposables dans Zea mays a changé la façon dont les scientifiques pensent aux modèles génétiques de l’hérédité. Bien qu’elle ne soit pas largement acceptée au moment de sa découverte, l’observation de McClintock sur le comportement des allèles de couleur du noyau était révolutionnaire dans sa proposition selon laquelle la réplication génomiquene suit pas toujours un schéma cohérent. En effet, grâce à une transposition à la fois autonome et contrôlée par un activateur à différents stades de développement des graines, les gènes des grains de maïs sont capables de produire une variété de motifs de coloration. Au fil du temps, le travail de McClintock avec les TE est devenu largement accepté et McClintock a finalement remporté un prix Nobel pour ses découvertes dans ce domaine. Aujourd’hui, McClintock est également reconnue pour ses techniques cytogénétiques révolutionnaires, ainsi que pour ses premières spéculations sur le concept d’épigénétique. Grâce à ces précieuses contributions et à d’autres dans le domaine, Barbara McClintock est considérée à juste titre comme l’une des figures pionnières de la génétique moderne.
Scientifique américain considéré comme l’une des figures les plus importantes de l’histoire de la génétique. Dans les années 1940 et 1950, les travaux de McClintock sur la cytogénétique du maïs l’ont amenée à théoriser que les gènes sont transposables – ils peuvent se déplacer – sur et entre les chromosomes. McClintock a tiré cette inférence en observant l’évolution des modèles de coloration des grains de maïs au fil des générations de croisements contrôlés. L’idée que les gènes pouvaient se déplacer ne semblait pas correspondre à ce que l’on savait alors sur les gènes, mais les techniques moléculaires améliorées de la fin des années 1970 et du début des années 1980 ont permis à d’autres scientifiques de confirmer sa découverte. Elle a reçu le prix Nobel de physiologie ou médecine en 1983, la première femme américaine à remporter un prix Nobel non partagé.
Hommage à un généticien lauréat du prix Nobel
Les jardins de maïs expérimentaux de Barbara McClintock ont fourni des indices cruciaux sur le matériel génétique de la plante. En 1929, elle est devenue la première personne à identifier les dix chromosomes du maïs. À la fin des années 1940, alors qu’elle étudiait la tendance d’un chromosome spécifique à se casser, elle a découvert que certains gènes peuvent se déplacer vers un nouvel emplacement sur un chromosome ; tous les gènes n’étaient pas fixés en place, comme on le croyait généralement. En 1983, plus de 30 ans plus tard, McClintock a reçu le prix Nobel de physiologie ou médecine à l’âge de 81 ans.
https://www.nature.com/scitable/topicpage/barbara-mcclintock-and-the-discovery-of-jumping-34083/
https://womenshistory.si.edu/herstory/science-innovation/object/barbara-mcclintock
https://www.nobelprize.org/womenwhochangedscience/stories/barbara-mcclintock