Les fleurs des Tropaeolaceae ont une particularité : un éperon nectarique formé par la base renflée du tube floral, qui ne pousse que sur un côté de la fleur. Nouvelle recherche publiée dans le Annals of Botany par Sebastián Martínez-Salazar et ses collègues ont révélé que la duplication du gène TCP4 dans la lignée des Tropaeolaceae semble avoir ont permis l’émergence de leurs éperons nectarifères uniques.

La famille des plantes à fleurs Tropaeolaceae, originaire d'Amérique du Sud et d'Amérique centrale, se distingue par ses fleurs colorées en forme de trompette. Mais ce qui rend ces fleurs vraiment uniques, c’est leur éperon nectarifère, une projection longue et mince qui sert de source de nourriture aux pollinisateurs. Cet éperon nectarifère se forme par expansion tardive et sortie de la région de base fusionnée du tube périanal (tissus entourant les organes reproducteurs). De manière unique, l'éperon se forme sur le côté du tube tourné vers la tige de l'inflorescence, connu sous le nom de côté adaxial. Cependant, les mécanismes génétiques à l’origine de l’évolution de cet éperon sont encore inconnus.

L’équipe de recherche a étudié le développement de ces éperons en suivant quels gènes sont activés et désactivés tout au long de la formation des fleurs. Plus précisément, ils se sont concentrés sur les gènes connus pour contrôler les différences entre les côtés adaxial et abaxial des plantes, notamment TCP et KNOX facteurs de transcription qui régulent la croissance. Ils ont également suivi l'expression du HISTONE H4 gène, un marqueur de l’activité de division cellulaire.

Fait intéressant, ils ont découvert un TCP4 homologue qui agissait simultanément avec l’initiation et l’élongation de l’éperon. Plus curieusement encore, les Tropéolacées semblent avoir connu une duplication de leur TCP4 gène au début de leur histoire évolutive, leur laissant deux copies presque identiques appelées TCP4L1 et TCP4L2.

Comparaison de l'activité de ces copies chez l'espèce modèle Tropaeolum longifolium, les chercheurs ont découvert que les deux sont actifs dans les tissus superficiels des inflorescences en développement et des jeunes boutons floraux. Cependant, seulement TCP4L2 a montré une expression restreinte au côté adaxial du tube floral, coïncidant avec les premiers signes de croissance de l'éperon.

Plus tard, seulement TCP4L2 a été trouvé dans le tissu de l’éperon producteur de nectar. Il semble que le TCP4L les gènes fonctionnaient à l’origine largement dans le développement épidermique en fonction de leur expression précoce. Cependant, après duplication, une des copies (TCP4L2) a assumé le rôle d'initiation et de promotion des éperons. Dans leur article, Martínez-Salazar et ses collègues affirment : « Ces résultats suggèrent que la copie du gène TCP4L2 des Tropaeolaceae pourrait avoir acquis un rôle dans l'initiation des éperons et le développement des nectaires après la duplication du gène, ce qui concorde avec un événement de néofonctionnalisation. »

En élargissant ce travail à leur groupe de plantes sœurs Akaniaceae, qui a également dupliqué TCP4L indépendamment mais manque d'éperons, aidera à comprendre comment cette étrange fonctionnalité a évolué. Découvrir les mécanismes génétiques transformant de simples tubes floraux en éperons nectarifères pourrait fournir un aperçu de l’origine de la nouveauté florale.

LIRE L'ARTICLE

Martínez-Salazar S., Kramer EM, González F. et Pabón-Mora N. (2023) «Expression spatio-temporelle des gènes candidats pour le développement de l'éperon nectarifère chez Tropéole (Tropaeolaceae : Brassicales) » Annals of BotanyDisponible sur : https://doi.org/10.1093/aob/mcad164

Couverture Tropaeolum tuberosum. Image: Teresa Grau Ros / Wikimedia Commons