Les plantes de la famille des choux n'étaient pas censées être aussi savoureuses. Ce goût fait partie d'une défense contre les herbivores. Des scientifiques japonais ont découvert que les gènes responsables de cette défense sont… gènes réutilisés qui contrôlaient à l'origine les stomates, les pores des feuilles à travers lesquels les plantes « respirent ».
L'ouverture et la fermeture des stomates pour les échanges gazeux dépendent des cellules de garde qui protègent les ouvertures des feuilles. Elles sont très différentes des cellules à myrosine, celles qui contribuent à la création des défenses chimiques contre les herbivores. Pourtant, elles partagent un gène régulateur principal appelé FAMA qui contrôle leur développement.
Si vous empoisonnez quelqu'un qui se nourrit de vous, évitez de vous empoisonner vous-même. Les cellules de myrosine produisent une substance chimique appelée myrosinase. Ces cellules sont proches des cellules riches en soufre. Lorsqu'un herbivore attaque, les substances chimiques se mélangent, de sorte que le poison n'est présent dans la plante que lorsqu'il est nécessaire.
Shirakawa et ses collègues ont identifié un gène appelé FABRICANT DE WASABI (WSB) qui est directement activé par FAMA et constitue le déclencheur essentiel du développement des cellules à myrosine. Les plantes sans WSB complètement échoué à former ces cellules de défense, ce qui rend WSB un maillon clé dans une cascade génétique pour fabriquer ces cellules.
La protéine FAMA était déjà connue grâce à des expériences sur la plante modèle Arabidopsis thaliana, où il a été découvert qu'il régulait l'expression des gènes responsables des échanges gazeux. Il semble donc que les gènes qui contribuent à réguler la défense soient en partie issus de gènes impliqués dans la respiration.
Un indice sur WSBL'origine de 's, en tant que gène stomatique, se retrouve chez les plantes où il est absent. On le retrouve chez les plantes à fleurs terrestres, mais pas chez les plantes marines, comme les herbiers. Zostera marina n'a pas de stomates et a perdu des gènes liés aux stomates, ainsi que WSB.
WSB contrôle le développement des cellules de myrosine par l'intermédiaire d'un autre gène appelé CCS52A1. WSB peut s'allumer CCS52A1, et alors CCS52A1 provoque une endoréplication des cellules myrosines, de sorte que la cellule réplique son ADN plusieurs fois sans se diviser, ce qui la fait grossir considérablement.
« Cette découverte est particulièrement intéressante car elle met en évidence comment la réorientation des gènes permet aux plantes de développer de nouvelles stratégies de survie sans développer de gènes entièrement nouveaux », explique le co-auteur Toshiro Ito. dans un communiqué de presse.
« Au-delà d'offrir de nouvelles perspectives pour les stratégies d'amélioration des cultures, nous pensons que nos travaux futurs aideront à répondre à l'une des questions les plus fondamentales de la biologie : comment les plantes ont-elles atteint une diversité aussi remarquable avec un nombre limité de gènes ? », ajoute le Dr Shirakawa.
Cette recherche a d'importantes implications agricoles. FAMA régule à la fois les échanges gazeux (par les stomates) et la défense (par les cellules de myrosine), il montre que la sélection pour certains traits, tels qu'une efficacité accrue des échanges gazeux, pourrait également avoir des effets en cascade ailleurs, comme la défense.
Cependant, cela montre également qu’il peut y avoir des opportunités d’obtenir un double gain en améliorant la façon dont les plantes utilisent FAMA. Mieux FAMA les gènes pourraient conduire à des stomates plus efficaces dans un climat de réchauffement ET améliorer la résistance aux parasites invasifs qui migrent également avec les changements de température.
Shirakawa, M., et al. (2025). Cooptation et néofonctionnalisation des exécuteurs stomatiques pour la défense contre les herbivores chez les Brassicales. Nature Plants, 11, 483-504. https://doi.org/g897b6 (GRATUIT)
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Image: canva.
