Des scientifiques ont percé les mécanismes par lesquels les plantes se clonent naturellement

Le mystère millénaire de la reproduction asexuée végétale

Les végétaux possèdent la capacité de se cloner depuis des millions d’années. Les fraisiers émettent des stolons, les pommes de terre développent de nouvelles pousses, tandis que les mousses se propagent sur le sol humide sans jamais avoir besoin de produire des graines.

Pendant de longues décennies, les scientifiques se sont heurtés à un obstacle majeur : ils ne parvenaient pas à identifier l’interrupteur génétique unique indiquant à une plante le moment précis pour commencer à créer une copie d’elle-même. La solution vient d’émerger grâce à des chercheurs étudiant une modeste hépatique poussant sur les trottoirs et les murs de jardins.

Ces équipes scientifiques ont découvert qu’en désactivant un gène spécifique, le végétal arrêtait complètement de se cloner. En le réactivant, elles ont pu déclencher l’intégralité du processus de reproduction sur commande, apportant une réponse à un mystère persistant de la biologie.

L’hépatique commune, un organisme au potentiel insoupçonné

Une équipe dirigée par Yuki Hirakawa, professeur à l’Hiroshima University au Japon, a concentré ses efforts sur une petite plante verte devant laquelle la plupart des gens passent sans accorder un second regard. L’hépatique commune, scientifiquement nommée Marchantia polymorpha, s’étale sur les trottoirs humides et dans les coins ombragés des jardins à travers tout l’hémisphère nord.

Le corps de cet organisme, appelé thalle, épouse le sol et ressemble à un ruban vert aplati. De minuscules clones en forme de disques se développent à l’intérieur de petites coupes vertes réparties sur sa surface, connues sous le nom de propagules ou gemmes. Lorsqu’une goutte de pluie frappe l’une de ces coupes, elle en projette une à l’extérieur, permettant à une toute nouvelle hépatique de prendre racine à quelques centimètres de là.

Le choix de cette espèce répond à un blocage méthodologique. La plupart des études végétales utilisent Arabidopsis thaliana, une petite plante de la famille de la moutarde qui constitue l’organisme de laboratoire favori du domaine depuis des décennies. Or, cette dernière n’a jamais eu la capacité de se cloner, ce qui laissait une lacune importante dans les connaissances. La reproduction asexuée se produit pourtant dans tout le règne végétal, qu’il s’agisse des pommes de terre, des fraisiers, du gingembre, des pissenlits ou des rejets de souche d’un érable.

Un article récent a décrit l’étendue de ce phénomène, soulignant que la boîte à outils génétique standard ne permettait pas de percer le processus à jour. L’équipe de Yuki Hirakawa a sélectionné l’hépatique précisément parce que cette plante se clone à la vue de tous, selon un calendrier régulier. Elle possède par ailleurs un petit génome très bien cartographié, rendant les expériences ciblées particulièrement directes.

L’identification et l’inactivation du gène GEMMIFER

Des travaux antérieurs menés par ce même groupe de recherche avaient mis en évidence un signal semblable à une hormone, appelé peptide CLE, qui semblait supprimer le clonage chez l’hépatique. Cette piste s’avérait utile, mais demeurait indirecte. En examinant quels gènes modifiaient leur activité en réponse à ce signal, les scientifiques ont pu isoler une courte liste de candidats.

Un élément en particulier s’est démarqué, et les chercheurs l’ont nommé GEMMIFER, en référence aux gemmes qu’il semblait contrôler. Une biologie claire pour une appellation directe. Afin de vérifier si GEMMIFER accomplissait réellement ce travail, l’équipe de Yuki Hirakawa a utilisé la technique d’édition génomique CRISPR-Cas9 pour désactiver ce gène.

Les chercheurs ont ensuite poursuivi avec une approche différente de silençage génique, utilisant des molécules d’ARN pour supprimer le gène d’une seconde manière. Les deux voies ont donné un résultat identique : les plantes ont cessé de produire des coupes à propagules dans leur intégralité. Sans ces coupes, les clones et la propagation ont disparu. Privée de GEMMIFER, l’hépatique continuait de croître normalement en tant que corps unique, mais elle avait perdu sa faculté de se copier elle-même.

Le déclenchement chimique de la duplication végétale

L’inactivation du gène ne répondait qu’à la moitié de la question. L’équipe a ensuite construit une souche modifiée d’hépatique dotée d’un déclencheur chimique, un stéroïde appelé dexaméthasone, permettant d’activer GEMMIFER au moment précis choisi par les chercheurs.

Une impulsion courte et forte de ce stéroïde a produit un changement frappant au niveau du méristème, la petite région de cellules en division située à l’extrémité en croissance de la plante. Des cellules souches spécialisées sont apparues là où du tissu ordinaire se trouvait la veille. Une étude distincte avait auparavant cartographié la façon dont les identités de ces cellules s’organisent normalement dans le tissu des gemmes.

Dans l’expérience menée, les nouvelles cellules ont mûri pour devenir des propagules, se sont détachées, puis ont grandi pour former de nouvelles plantes de manière autonome. La séquence complète de clonage se retrouvait ainsi dirigée par un seul et unique gène.

Une réaction en chaîne orchestrée par la génétique

Le gène GEMMIFER ne fonctionne pas de manière isolée. Il agit conjointement avec un second gène que des recherches antérieures avaient lié à la formation des propagules. Lorsque GEMMIFER est activé, ce gène partenaire s’allume en réponse, lançant apparemment le processus de clonage.

La chaîne d’événements se déroule désormais de bout en bout, allant de l’hormone de suppression à un nouvel individu, en passant par GEMMIFER et le gène GCAM1. Le groupe de Yuki Hirakawa a travaillé avec des collaborateurs de l’University of Cambridge et d’autres institutions pour compléter ce tableau d’ensemble.

« La façon précise dont ce gène reprogramme le destin cellulaire n’est pas encore totalement comprise », a déclaré Yuki Hirakawa, notant que d’autres plantes sont porteuses de gènes similaires dont les fonctions restent à ce jour indéterminées.

Les implications futures pour l’agriculture et la recherche

Les découvertes concernant GEMMIFER proviennent uniquement de l’hépatique, et la question de savoir si des gènes similaires remplissent la même fonction dans les cultures agricoles n’a pas encore été testée. Cette interrogation, de même que les étapes moléculaires exactes reliant GEMMIFER à la formation d’un nouveau clone, restent des pistes ouvertes. Avant cette étude, personne n’avait identifié un gène végétal unique capable à lui seul de démarrer et d’arrêter le clonage asexué. GEMMIFER accomplit ces deux actions : désactivez-le et le clonage s’arrête ; activez-le et toute la séquence s’exécute.

Ce résultat présente des implications majeures pour les sciences agricoles. Les agriculteurs s’appuient sur le clonage pour cultiver les bananes, la canne à sucre ou les arbres fruitiers. Un interrupteur tel que GEMMIFER, ou ses équivalents dans les cultures vivrières, offre aux sélectionneurs une cible génétique concrète à étudier. L’identification de ce gène comble un point aveugle de longue date en biologie végétale.

L’hépatique n’est plus une simple curiosité reléguée dans un coin de la discipline. Une revue consacrée à l’espèce retrace son ascension discrète en tant qu’organisme modèle au cours de la dernière décennie. « Le fait que nous ne pouvions pas observer cela chez les plantes modèles traditionnelles ne signifiait pas que cela ne se produisait pas ailleurs dans la nature », a affirmé Yuki Hirakawa. « Cette découverte nous rappelle les vastes secrets biologiques qui attendent encore d’être découverts. » L’étude complète est publiée dans la revue Current Biology.

Selon la source : earth.com