Les graines sont le produit final de la multiplication des plantes. Directement sous forme de nourriture ou indirectement sous forme de fourrage, elles fournissent environ 80 pour cent des calories de l’humanité. Depuis que l’homme s’est sédentarisé, il a créé au fil des millénaires d’innombrables variétés de plantes présentant des caractéristiques avantageuses telles qu’un rendement accru, une amélioration de la qualité, une résistance aux parasites ou une tolérance aux influences environnementales. Dans la mesure du possible, l’agriculture utilise des variétés hybrides, obtenues par croisement de deux lignées consanguines, qui sont plus résistantes et plus productives que les variétés normales. Le problème est que lors de leur multiplication, ces caractéristiques souhaitées sont perdues et qu’il faut donc les recréer d’année en année.
Si l’on parvenait à multiplier les plantes cultivées par reproduction asexuée - appelée apomixie -, cela équivaudrait à une révolution agricole. En effet, si la fécondation des cellules germinales femelles par les spermatozoïdes mâles est contournée, on obtient des graines génétiquement identiques à la plante mère. Des variétés de plantes aux propriétés souhaitées pourraient ainsi être multipliées beaucoup plus facilement - sous forme de clones de semences. Ueli Grossniklaus et son équipe de l’Institut de botanique et de microbiologie de l’Université de Zurich (UZH) se sont rapprochés de cet objectif. Nous avons découvert dans la plante modèle qu’est l’amarante le signal qui active la cellule germinale femelle lors de la fécondation afin de former une nouvelle graine", explique Grossniklaus.
Chez les plantes, deux processus de fécondation ont lieu : Deux spermatozoïdes fusionnent chacun avec une cellule germinale femelle. Un spermatozoïde féconde l’ovule, ce qui donne naissance à l’embryon et, finalement, à la génération suivante. Le second fusionne avec la cellule centrale, qui se transforme en tissu nourricier, lequel fournit des nutriments à l’embryon. Ensemble, ils se développent en sperme. Pour que la fécondation fonctionne avec succès, les spermatozoïdes et les cellules germinales doivent se trouver dans la même phase du cycle cellulaire - donc être quasiment ’synchronisés’.
L’activation ciblée de la division cellulaire sans fécondation ouvre de nouvelles possibilités d’introduire l’apomixie dans les plantes utiles, en particulier dans les variétés hybrides plus résilientes et plus productives.
La synchronisation précède la division des cellules germinales
On savait que les spermatozoïdes de l’arabette des champs(Arabidopsis thaliana) se trouvaient en phase de préparation à la division cellulaire. Comme le montre désormais l’équipe de Grossniklaus, l’ovule se trouve également dans cet état de repos. La cellule centrale, en revanche, reste bloquée au milieu de la phase précédente, au cours de laquelle le matériel génétique est dupliqué. Alors que le spermatozoïde et l’ovule se trouvent dans la même phase du cycle cellulaire, la cellule centrale doit d’abord achever la synthèse de l’ADN après la fécondation avant de pouvoir commencer la première division.
Le responsable de l’arrêt du cycle cellulaire est une protéine qui n’est pas entièrement dégradée dans la cellule centrale et qui est donc encore présente. Si le spermatozoïde féconde la cellule germinale, il introduit en même temps la protéine cycline, qui active la dégradation de la protéine inhibitrice. Ce n’est qu’à ce moment-là que la cellule centrale peut achever la duplication de l’ADN et passer à la phase suivante du cycle cellulaire. Nous avons pour la première fois décrypté le mécanisme moléculaire par lequel le signal est fourni par le spermatozoïde à la cellule germinale femelle afin de lever son état de repos. Il signale à la cellule centrale que la fécondation a réussi et que la division cellulaire peut maintenant avoir lieu’, explique Sara Simonini, première auteure.
Si l’amarante a été génétiquement modifiée de manière à ce que les cellules centrales produisent elles-mêmes la protéine cycline, les cellules germinales ont commencé à se diviser même sans fécondation. Nous pouvons désormais déclencher cette activation de manière ciblée, même sans fécondation. Cela ouvre de nouvelles possibilités d’introduire l’apomixie dans les plantes utiles, notamment dans les variétés hybrides qui sont plus résistantes et qui donnent des rendements plus élevés que les variétés normales’, explique Ueli Grossniklaus. Si l’apomixie pouvait être utilisée dans de telles cultures, des millions de petits paysans du Sud auraient pour la première fois accès à des semences hybrides, dont ils pourraient conserver les graines pour les prochaines semailles.
La littérature :
Sara Simonini, Stefano Bencivenga, et Ueli Grossniklaus. Un signal paternel induit la prolifération de l’endosperme après la fertilisation chez Arabidopsis. Science. February 9, 2024. adj4996
