Des études moléculaires révèlent l’origine des organes reproducteurs féminins chez les plantes à fleurs
Les plantes à fleurs, ou plantes angiospermes, constituent le groupe vivant le plus vaste et le plus diversifié du règne végétal. Elles comprennent à peu près 90 % des espèces de plantes terrestres, avec environ 352 000 espèces vivantes sur Terre. L’évolution des nouvelles structures reproductives comme la fleur et sa partie féminine, le pistil, a joué un rôle majeur dans le succès extraordinaire des angiospermes. On ne sait toujours pas exactement comment le pistil a évolué au niveau moléculaire. Le projet RiceStyle a cherché à résoudre ce mystère grâce à une étude comparative du développement du pistil et de ses bases génétiques. Avec le soutien du programme Marie Curie, les chercheurs ont utilisé la plante modèle Arabidopsis thaliana et ont étendu leurs recherches au riz asiatique (Oryza sativa L.), une plante modèle monocotylédone ayant un lien de parenté éloigné avec cette dernière.
À la recherche d’un ancêtre commun
Les scientifiques ont recherché au niveau moléculaire l’événement clé qui est susceptible d’avoir conduit à l’évolution des angiospermes et à leur diversification rapide, en étudiant les facteurs qui interviennent dans la formation directe des tissus dans le pistil. «Nous avons étudié quelques petites sous-familles de facteurs de transcription (les protéines impliquées dans le processus de conversion ou de transcription de l’ADN en ARN) connues pour réguler l’ovaire, le style et le stigmate chez Arabidopsis, afin de déterminer si leurs fonctions remontent à la lignée des ancêtres des angiospermes», expliquent le Dr Ludovico Dreni et la Dre Cristina Ferrándiz, respectivement chercheur principal et coordinatrice du projet. Les scientifiques ont découvert qu’il existe des homologues de la plupart des gènes d’Arabidopsis chez le riz et que beaucoup d’entre eux s’expriment aux tout premiers stades du développement du pistil. «Nous avons pu confirmer, pour au moins deux groupes de gènes candidats, qu’ils jouent chez le riz une fonction très similaire à celle qu’ils jouent chez Arabidopsis, car ils se sont révélés essentiels pour la spécification du style et du stigmate. Leur fonction est véritablement ancestrale et était au moins déjà à l’œuvre chez l’ancêtre commun du riz et d’Arabidopsis», explique la Dre Ferrándiz. Ces facteurs de transcription ont probablement été recrutés dans la première lignée d’angiospermes pour réguler le développement, la forme et la fonction du nouvel organe en cours d’évolution qui caractérise les angiospermes, le pistil. Selon le Dr Dreni, «cette découverte permettra à l’avenir de créer un modèle moléculaire évolutif capable d’expliquer l’évolution du pistil. Quelque chose de similaire a déjà été fait pour étudier le développement et l’origine des autres organes floraux et, à terme, l’ensemble de ces données et modèles feront l’objet d’une intégration commune.»
Une pollinisation améliorée
RiceStyle a amélioré les connaissances sur le développement du style et du stigmate, ce qui pourrait permettre une modification efficace au niveau morphologique et moléculaire, afin de mieux contrôler le processus de pollinisation dans les cultures. «Le taux de pollinisation croisée et d’autofécondation sont des caractéristiques importantes pour les plantes cultivées, et la pollinisation est également l’un des processus à prendre en compte pour développer les fruits parthénocarpiques (sans pépins), une propriété recherchée pour de nombreux fruits commerciaux», concluent les chercheurs. La proposition aura un impact significatif sur les futures recherche appliquées et fondamentales, répondant ainsi à l’objectif du programme Horizon 2020 consistant à investir dans les emplois futurs et à renforcer la position de l’UE en matière de recherche, innovation et technologie, de développement durable, d’atténuation du changement climatique et d’excellence scientifique.
Mots‑clés
RiceStyle, pistil, angiosperme, Arabidopsis, riz, stigmate, facteur de transcription
