Espacement régulier des graines de plantes

Des chercheurs ont examiné comment la formation des graines est coordonnée avec la croissance des fruits. Si vous ouvrez une cosse de légumineuse, vous constaterez que tous les pois à l'intérieur sont de la même taille et à la même distance l'un de l'autre. Dans la dernière édition de la revue Current Biology, les biologistes de l'Université Heinrich Heine de Düsseldorf (HHU) expliquent les mécanismes de contrôle génétique sous-tendant le processus.

L'espacement des graines dans différentes gousses de haricots et de pois (en haut : pois commun Pisum sativum; au milieu : haricots princesse Psophocarpus tetragonolobus; en bas : haricots verts Phaseolus coccineus). L'équipe de recherche a clarifié pourquoi l'espacement entre les graines est si similaire dans chaque gousse et comment l'espacement est lié à la taille du fruit.

Si tous les pois Pisum sativum à l'intérieur de la gousse (cosse) sont de la même taille et à la même distance l'un de l'autre, il en va de même pour les haricots princesse Psophocarpus tetragonolobus, les haricots verts Phaseolus coccineus et le soja ainsi que pour divers autres pois et haricots, et cela s'applique également aux non-légumineuses. Ceci est surprenant parce que la taille et le nombre de graines et la taille des gousses diffèrent considérablement d'une variété à l'autre.

Une équipe de chercheurs basée en Allemagne, en Australie, au Japon, aux États-Unis et en Italie sous la supervision du professeur Rüdiger Simon de l'Institut de génétique du développement de HHU a analysé les mécanismes génétiques derrière ce phénomène avec des légumineuses à graines. L'équipe a utilisé différentes variétés sauvages de l'arabette des dames Arabidopsis thaliana pour examiner les processus génétiques qui se déroulent derrière l'initiation des ovules - les primordiums dont les graines émergent après la fécondation - et la croissance de la gousse.

Ces variétés sauvages proviennent de différents endroits. L'arabette Arabidopsis thaliana est une plante modèle utilisée en biologie (organisme modèle). Le professeur Simon a commenté : "Les graines individuelles se font concurrence pour les nutriments. Pour s'assurer que chaque graine reçoit un approvisionnement égal et peut bien se développer, il est important que les graines soient réparties aussi uniformément que possible à des distances égales dans la gousse".

Il existe une variation considérable de la taille des fruits et du nombre de graines, même parmi les différentes variétés sauvages d'Arabidopsis thaliana. Cependant, les chercheurs ont également découvert un mécanisme génétique uniforme qui contrôle la position des graines dans la gousse indépendamment des facteurs environnementaux tels que la température.

L'équipe a établi que la formation des graines est contrôlée par plusieurs voies de signalisation à des positions précisément définies. Ces voies de signalisation sont activées par de petites protéines sécrétées de la famille EPFL. Ces peptides sont détectés à la surface cellulaire par des récepteurs de la famille ERECTA. L'un des peptides, EPFL2, est formé entre les ovules en développement, où il ajuste l'espacement entre les graines. Là où ce peptide n'est pas présent, les chercheurs ont trouvé un espacement irrégulier - ce qui signifie que les graines adjacentes sont plus en compétition pour les nutriments - ou même un jumelage d'ovules, qui ne se traduit généralement pas par un développement complet des ovules. L'EPFL2 et un peptide très proche, l'EPFL9, contrôlent également le développement des fruits. En conséquence, la formation des graines est étroitement liée à la croissance des gousses.

Le Dr Nozomi Kawamoto, le premier auteur de l'étude, a souligné un autre aspect : "Les mêmes substances de signalisation et récepteurs que nous avons identifiés comme étant responsables de la taille relative des gousses et de l'espacement des graines sont également responsables de l'espacement des stomates foliaires et de la microstructure. de feuilles dentelées".

Une plante utilise les stomates pour réguler les échanges de gaz avec son environnement. Le Dr Kawamoto mène des recherches post-doctorales à l'Institut du professeur Simon dans le cadre du cluster d'excellence en sciences végétales CEPLAS à Düsseldorf.