Une proportion stupéfiante de l'alimentation humaine provient des graines. Les céréales telles que le riz ou le blé sont des cultures de base pour une grande partie de la planète, donc être capable de sélectionner des plantes qui produisent des grains plus gros est un objectif majeur pour de nombreux botanistes et sélectionneurs de plantes. Mais quels facteurs contrôlent la taille des graines ? Une recherche récemment publiée dans Nature Plants par Bin Zhang et ses collègues a trouvé un rôle pour un gène TERMINAL FLOWER1 (TFL1) dans la plante Arabidopsis thaliana. Le gène code pour une protéine mobile qui influence l'endosperme, un composant majeur de la graine qui fournit une réserve de nutriments pour l'embryon de graine lorsqu'il germe.
Les graines, chez les plantes à fleurs, proviennent des fleurs fécondées. "Chez les plantes à fleurs, le développement des graines est initié par une double fertilisation", a déclaré Hao Yu, chef du laboratoire menant la recherche, dans un e-mail à Botany One. "Avant la fécondation, un ovule contient un ovule non fécondé et des cellules centrales doubles non fécondées, qui sont entourées d'un tégument. Après la fécondation, l'ovule haploïde, les cellules centrales haploïdes et le tégument diploïde maternel se développent respectivement en embryon diploïde, endosperme triploïde et tégument diploïde. Par conséquent, l'embryon, l'endosperme et le tégument contribuent tous à la taille finale des graines chez les plantes à fleurs.
TFL1 était déjà connu pour contrôler le temps de floraison d'une plante. Cependant, l'équipe de Yu a remarqué que le tfl1 phénotype de Arabidopsis avait de grosses graines, et que l'ARNm TFL1 (la molécule d'ARN messager) et la protéine TFL1 étaient localisés à des endroits différents dans la graine. Ce mouvement apparent de la protéine suggérait que le rôle de TFL1 dans une graine n'était pas tout à fait simple… L'équipe de Yu a dû faire face à trois défis. Le premier consistait à identifier le fragment génomique qui produisait l'effet de TFL1, ce qui a permis aux scientifiques de marquer TFL1, leur permettant de retracer son rôle autour de la plante. "Le deuxième défi était de surmonter la barrière technique de la détection de la protéine TFL1 en optimisant diverses approches, car son niveau d'expression endogène est extrêmement faible", dit Yu.
Enfin, l'équipe a dû imager les résultats au microscope – une tâche ardue. Après la fécondation, le noyau primaire de l'endosperme subit des divisions nucléaires sans formation de parois cellulaires, créant un « sac de noyaux » très délicat. Comme le souligne Yu "Pendant le processus de sectionnement, l'endosperme à noyau libre est facilement endommagé et tombe des lames de verre. De plus, l'endosperme est spatialement divisé en trois domaines, à savoir l'endosperme micropylaire, périphérique et chalazal. En raison de ces caractéristiques, nous avons dû tester avec de nombreuses sections pour obtenir les coupes idéales avec une inclusion maximale de ces structures intactes. »
La façon dont la protéine TFL1 se déplace dans la plante pour envoyer ces signaux n'est pas encore claire. Dans la graine, TFL1 est transporté par Protéines RAN et stabilise la protéine ABI5 mais dans la pousse, TFL1 existe dans un environnement très différent. Comme le dit Yu
"Dans la pousse, l'ARNm de TFL1 est exprimé au centre du méristème de l'inflorescence, tandis que la protéine TFL1 se déplace vers les cellules externes et s'accumule dans l'ensemble du méristème pour réprimer l'expression des gènes d'identité du méristème floral LFY et AP1", a déclaré Yu. "Cependant, comme les mutants d'Arabidopsis à perte de fonction ABI5 et RAN ne présentent pas de phénotypes d'architecture d'inflorescence, les régulateurs du trafic de TFL1 dans les graines et les pousses pourraient être différents."
La prochaine étape pour comprendre ce que fait TFL1 sera d'examiner quel rôle il joue dans la signalisation entre la plante mère et l'endosperme de la graine. C'est la localisation de TFL1 dans la zone chalazale de l'endosperme - la partie de l'endosperme à côté du tissu conducteur des nutriments de la plante - qui suggère qu'il s'agit d'une ligne de recherche utile. Comme le dit Yu "Il pourrait donc servir de passage clé pour assurer la médiation du flux de signaux ou de nutriments des tissus maternels vers l'ensemble de l'endosperme et de l'embryon. Ainsi, la génération d'ARNm de TFL1 dans l'endosperme chalazal et sa protéine mobile peut permettre aux plantes mères de médier le développement des graines en réponse à l'absorption des signaux maternels.
L'utilisation de Arabidopsis thaliana, car ce travail permet à l'équipe de Yu d'étudier des systèmes complexes comme la signalisation TFL1 dans une plante modèle bien comprise - les botanistes utilisent Arabidopsis comme un scientifique biomédical utiliserait un rat de laboratoire. Un avantage supplémentaire est que le Arabidopsis le génome est si bien compris qu'il est souvent possible de trouver des orthologues de gènes chez d'autres espèces, comme les plantes cultivées ; les orthologues sont des gènes qui partagent un ancêtre commun et peuvent avoir une fonction similaire. Mais être capable de tracer ces connexions permet aux chercheurs de découvrir des processus dans Arabidopsis, mais pour développer des applications dans les plantes cultivées. Cependant, cela nécessite un travail d'équipe à travers une grande variété de méthodes. "Des compétences dans la réalisation d'expériences physiologiques, génétiques, moléculaires et biochimiques sont requises", dit Yu. "Pour développer ces compétences, la diligence, la persévérance et l'établissement de bonnes habitudes d'apprentissage sont importants."
Vous pouvez lire le journal, via ReadCube gratuitement dans Nature Plantes.
