Un bon moyen d'identifier une plante est d'observer ses fleurs. Bien qu'il existe de nombreuses variétés de fleurs, celles-ci tendent à être extrêmement similaires. On pourrait donc s'attendre à un mécanisme précis de développement des fleurs. Les recherches de Kong et de ses collègues suggèrent que c'est étonnamment chaotique.
Les cellules qui fabriquent les fleurs possèdent des gènes activés ou désactivés par des hormones. Kong et ses collègues souhaitaient observer la variabilité de la réponse cellulaire à une hormone, l'auxine. Ils avaient besoin d'une méthode pour observer l'intérieur des cellules dès l'arrivée de l'hormone. Ils ont donc utilisé une forme modifiée d'arabette de thalle. Cette plante, également connue sous le nom de Arabidopsis thaliana, est l'équivalent botaniste d'un rat de laboratoire. Ils ont doté la plante de rapporteurs lumineux, des molécules qui s'illuminent en fluorescence lorsque les gènes s'activent, pour suivre trois gènes sensibles à l'auxine, dont un appelé DR5 sous un microscope.
Kong et ses collègues ont découvert que DR5 Bien que l'activité ait été « activée » par l'auxine, elle variait considérablement d'une cellule à l'autre – non pas en raison de différences de taux d'auxine, mais de fluctuations aléatoires au sein même des cellules. Ils ont observé ce phénomène dans les sépales de la plante.
Les sépales sont les robustes organes verts semblables à des feuilles, situés à la base du bourgeon, qui protègent la fleur naissante. Bien que les cellules soient individuellement « bruyantes » et imprévisibles, la plante produit quatre sépales protecteurs de manière répétée, selon un motif parfait.
« Je pensais vraiment qu'au moment où nous arriverions à ces quatre régions [de formation des sépales], il y aurait beaucoup moins de hasard – mais ce n'est pas le cas », a déclaré la responsable du laboratoire, Adrienne Roeder, dans un communiqué de presse. « D’une manière ou d’une autre, malgré le bruit, on obtient toujours ces taches très claires où les organes sépales s’initient. »
La clé réside dans un processus appelé « moyenne spatiale ». Alors que chaque cellule individuelle peut réagir de manière autonome à l'hormone, des groupes de cellules travaillent ensemble pour atténuer le bruit. Cela permet à la plante d'utiliser le hasard quand elle le souhaite et de l'ignorer quand elle ne le souhaite pas, explique Roeder.
« En fin de compte, la recherche remet en question l’idée selon laquelle la précision biologique nécessite un contrôle parfait », déclare roder« Au contraire, cela montre que la nature n’élimine pas le hasard : elle construit des systèmes et des processus fiables qui fonctionnent malgré lui. »
L'équipe ne s'intéresse pas seulement aux propriétés de la plante, mais aussi à la manière dont et pourquoi le processus se dégrade. Cela pourrait s'avérer utile pour des processus bien au-delà des plantes, comme le cancer, où l'activité génétique aléatoire peut entraîner l'évolution tumorale.
Kong, S., Rusnak, B., Zhu, M. et Roeder, AHK (2025) « Expression stochastique des gènes dans la signalisation de l'auxine dans le méristème floral d'Arabidopsis thaliana », Communications Nature, 16(1), p. 4682. https://doi.org/g9k3k
Posté sur Bluesky & Mastodonte.
L'image de couverture montre des boutons floraux se formant à partir des cellules souches de Arabidopsis thaliana. Pour montrer à quel point le gène est aléatoire DR5 est activé, les chercheurs ont utilisé deux copies identiques du gène : l'une bleue, l'autre jaune. Dans certaines cellules, les deux sont actives (blanches), tandis que d'autres ne présentent que du bleu ou du jaune, soulignant ainsi le caractère aléatoire. DR5 est généralement actif là où l'hormone auxine lui indique d'être. Tous les noyaux cellulaires sont marqués en magenta. Crédit image : Shuyao Kong.
