Les organes mâles et femelles des plantes communiquent comme les cellules du cerveau
Selon une nouvelle étude réalisée par des scientifiques au Portugal, les organes mâles et femelles des plantes communiquent de la même façon que les cellules du cerveau. Publiés dans la revue Science, les travaux montrent comment le pollen, qui transporte les gamètes mâles de la plante, communique avec les organes femelles de la plante en utilisant une méthode fréquemment rencontrée dans le système nerveux des animaux. Selon les chercheurs, les travaux révèlent un nouveau mécanisme sous-jacent à la reproduction des plantes, et ouvre des perspectives très intéressantes pour l'étude de la conservation des modes de communication intercellulaire des plantes aux animaux au cours de l'évolution. La reproduction des plantes à fleurs est un processus complexe et hautement coordonné. Les grains de pollen, qui renferment les gamètes mâles de la plante (équivalant aux spermatozoïdes), sont transportés depuis les organes mâles de la fleur (les étamines) vers les organes femelles (le pistil). Le pollen «germe» à la surface du pistil et fait pousser un tube pollinique, qui croît et est guidé vers l'ovaire, où il libère les gamètes mâles. Ces gamètes fusionnent avec les cellules de l'oeuf pour former un embryon, lequel constitue une partie de la graine. Pour cette étude, des chercheurs de l'Instituto Gulbenkian de Ciência (IGC) se sont intéressés à la croissance des tubes polliniques dans le pistil. Les chercheurs rappellent que si les botanistes ont depuis de nombreuses années observé des oscillations régulières de plusieurs paramètres contrôlant cette croissance, les canaux moléculaires responsables de ces oscillations et de leurs résultats physiologiques sont restés inconnus. Le Dr José Feijó, directeur de groupe à l'IGC et professeur à l'université de Lisbonne, a découvert avec ses collègues que dans le tabac et chez Arabidopsis, les oscillations du taux d'ions calcium dans les tubes polliniques en croissance sont favorisées par les récepteurs-canaux du glutamate (GLR). En outre, ils ont découvert que ces canaux sont notamment ouverts par un acide animé plutôt rare, la D-sérine (D-Ser). Or, la D-Ser et les GLR se rencontrent ailleurs que dans les plantes: ces molécules sont également essentielles à la communication intercellulaire au sein du système nerveux central des animaux. Elles ont un rôle majeur dans la mémoire et les processus d'apprentissage dans le cerveau, et sont impliquées dans une large variété de maladies neurodégénératives telles que la sclérose en plaques, les maladies d'Alzheimer et de Huntington, etc. «Et maintenant, on découvre avec surprise qu'elles ont aussi un rôle dans la reproduction des plantes», commentent les chercheurs. L'équipe a fait appel à une large gamme de techniques génétiques, pharmacologiques et électrophysiologiques pour révéler le rôle des gènes des récepteurs-canaux du glutamate et de la D-sérine au niveau du pollen, ainsi que leur impact sur la physiologie de la reproduction. En démontrant que les GLR sont des canaux calcium, l'équipe a également élucidé une énigme de longue date de la biologie végétale, à savoir quels étaient les canaux calcium de la membrane limitant les cellules végétales. Elle a également révélé les fonctions des gènes GLR chez les plantes, ce qui avait déconcerté les biologistes dès le premier séquençage de l'Arabidopsis, un modèle très utilisé en phytophysiologie. Les expériences de l'équipe ont révélé que la désactivation du fonctionnement des GLR chez le grain de pollen conduisait à une stérilité mâle partielle. Les tubes polliniques sont anormaux et la plante produit moins de graines. Concernant la D-sérine, l'équipe a constaté qu'elle activait les GLR à l'extrémité du tube pollinique, favorisant l'entrée d'ions calcium dans la cellule. Les chercheurs sont allés encore plus loin en démontrant que cette D-sérine est en fait produite par la partie femelle, et que son absence conduit également à des tubes polliniques mal formés. Dans leur ensemble, ces résultats suggèrent fortement que la D-sérine produite par les organes sexuels femelles de la fleur a un rôle dans le guidage des tubes polliniques vers leur cible. Le Dr José Feijó notait que «les tubes polliniques sont un système modèle pour la croissance cellulaire apicale, que l'on retrouve dans la division des levures, les moisissures, les poils absorbants des racines et les cellules nerveuses». Il ajoute que les travaux de son groupe «impliquant des gènes homologues dans le processus de croissance chez les plantes et les animaux, soulignent la façon dont l'évolution réutilise régulièrement des mécanismes efficaces», et que la recherche «conduite sur Arabidopsis et le tabac ouvre la voie à l'étude de processus de communication intercellulaire communs et conservés chez les plantes et les animaux».Pour de plus amples informations, consulter: Instituto Gulbenkian de Ciência (IGC): http://www.igc.gulbenkian.pt/ Science Express. http://www.sciencemag.org/content/early/recent
Pays
Portugal