Comme chez les animaux, les gamètes végétaux ont des cellules auxiliaires ou compagnes qui les assistent pendant le développement (revu dans Feng et Dickinson, 2013). De manière spectaculaire, la principale cellule compagne masculine (alias la cellule végétative) - en se développant dans le tube pollinique - délivre même les deux spermatozoïdes à l'ovule. Au cours des dernières années, l'analyse moléculaire des grains de pollen et des sacs embryonnaires (les « gamétophytes » mâles et femelles) a mis en évidence un rôle supplémentaire et inattendu pour ces cellules. Dans un article publié en 2009 dans Cell, Keith Slotin et ses co-auteurs ont rapporté que dans le jeune pollen, les éléments transposables (ET ; segments d'ADN « parasites ») dans la cellule végétative sont devenus actifs par l'élimination de la méthylation silencieuse et génèrent de petits ARN (si) interférents. . Ces ARN se sont ensuite déplacés dans les spermatozoïdes et ont fait taire les TE potentiellement délétères par méthylation de l'ADN. Cela reflète à certains égards les systèmes PIWI et MIWI des mouches et des mammifères, qui font également taire les TE, mais ici, les siARN sont générés dans les cellules germinales elles-mêmes. D'autres auteurs ont par la suite suggéré que le grand nombre de siARN trouvés dans l'endosperme (le successeur de la cellule compagne femelle, alias cellule centrale) pourrait remplir une fonction similaire et supprimer l'activité TE dans l'œuf (revue dans Feng et Dickinson, 2013) . Un tel processus peut bien sûr non seulement affecter les TE, mais pourrait également réduire au silence les gènes codants dans les cellules germinales.

Bien qu’il s’agisse d’une idée séduisante, les preuves fournies étaient cependant du type irréfutable. Car si Slotkin et ses co-auteurs ont montré que des siARN dérivés de TE se formaient dans la cellule végétative, les preuves du transport et de l'activité de ces ARN une fois dans les spermatozoïdes étaient un peu floues. Dans cette année Annals of Botany Conférence spéciale au Département des sciences végétales de l'Université d'Oxford, Dr Xiaoqi Feng de l'UC Berkeley a rapporté comment les données de son dernier article scientifique (Ibarra et al., 2012) ont montré que, chez les mutants d'arabidopsis où la déméthylation des TE échoue dans les cellules végétatives du pollen (et donc aucun siARN n'est généré), les mêmes TE dans le sperme voisin les cellules étaient sous-méthylées. Les expériences du Dr Feng suggèrent fortement que, puisque les spermatozoïdes disposent de toute la machinerie pour faire taire ces transposons par la méthylation de l'ADN dépendante de l'ARN (RdDM), des siARN de cellules compagnes (cellules végétatives) sont nécessaires pour que ce processus ait lieu.

Jusqu'ici tout va bien - mais comment les siRNA arrivent-ils de la cellule végétative, à travers deux membranes plasmiques et une paroi cellulaire résiduelle, et dans les spermatozoïdes ? Cela a été un problème depuis que l'idée de Slotkin et de ses coauteurs est sortie dans les kiosques à journaux en 2009. Il existe certainement des preuves issues d'études microscopiques que la séparation entre les cellules germinales (spermatozoïdes) et leur cellule végétative compagne peut ne pas être complète, mais les deux cellules spécifiques Les données de séquençage de l'ARN et l'identification d'un nombre croissant de protéines marqueurs spécifiques aux cellules végétatives et aux spermatozoïdes suggèrent que ces deux types de cellules sont totalement indépendants. En réponse, Slotkin et ses coauteurs signaleraient des expériences montrant qu'un micro-ARN artificiel ciblant la GFP (amiR) exprimé dans la cellule végétative peut supprimer l'expression d'un gène marqueur GFP spécifique au sperme. Cependant, comme cela a été souligné par la suite (Grant-Downton et al., 2013), le promoteur cellulaire végétatif utilisé pour exprimer l'amiR (LAT52) n'est pas vraiment spécifique au type cellulaire et intervient tardivement dans le développement des microspores, ce qui signifie que le TE Les siARN générés par le noyau de la microspore tardive pourraient être hérités par la lignée germinale via le cytoplasme qu'ils partageaient autrefois. En effet, lorsqu'un amiR GFP a été exprimé à l'aide d'un promoteur cellulaire végétatif très «serré» (VCK1), il n'a pas réussi à faire taire un gène GFP exprimé dans les spermatozoïdes (Grant-Downton et al., 2013). Un problème avec ces expériences peut résider dans l'utilisation des amiR, car si le mouvement intercellulaire des petits ARN est bien documenté chez les plantes, la plupart des expériences ont impliqué des siARN et non des miARN (amiARN ou autres). Il se peut simplement que les microARN ne se déplacent pas d'une cellule à l'autre avec la facilité des siARN.

Alors – où en sommes-nous maintenant ? Les données de séquençage montrent certainement une congruence convaincante entre les TE non méthylés dans les lignées mutantes et l'absence de silençage chez leurs homologues gamètes. Cependant, les questions clés concernant le moment où les siARN - qui sont certainement des pièces clés de ce jeu d'échecs intercellulaire - sont générés par le noyau végétatif, et s'ils sont hérités ou transportés dans la lignée germinale, devront attendre une meilleure compréhension. des événements moléculaires dans la microspore - en particulier le moment de la déméthylation de TE par rapport à la cytokinèse et à l'intégrité des produits de division.

Références

Feng, X, Zilberman, D, Dickinson, H. (2013) Une conversation à travers les générations : diaphonie Soma-Germ Cell dans les plantes Developmental Cell. 24 (3): 215-225 doi:10.1016/j.devcel.2013.01.014
Grant-Downton, R, Kourmpetli, S, Hafidh, S, Khatab, H, Le, Trionnaire G, Dickinson, H, Twell, D. (2013). MicroARN Artificiels Révèlent Des Différences Cellulaires Spécifiques Dans L'activité Des Petits ARN Dans Le Pollen Current Biology. 23 (14) doi:10.1016/j.cub.2013.05.055
Ibarra, AC, Feng, X., Schoft, VK et Hsieh, TF, Uzawa, R., Rodriguez, JA, Zemach, A., Chumak, N., Machlicova, A., Nishimura, T., Rojas, D ., Fischer, RL, Tamaru, H. et Zilberman, D. (2012). La déméthylation active de l'ADN dans les cellules compagnes des plantes renforce la méthylation des transposons dans les gamètes. Sciences 337 : 1360-1364
Slotkin, RK, Vaughn, M., Borges, F., Tanurdzic, M., Becker, JD, Feijo, JA et Martienssen, RA (2009) Reprogrammation épigénétique et petit ARN silencieux d'éléments transposables. Cellule 136 : 461-472

Hugh Dickinson
Département des sciences végétales de l'Université d'Oxford.