Gymnosperm and fern multifunctional bHLH transcription factors control stomatal development
Cette étude démontre que les facteurs de transcription bHLH des gymnospermes et des fougères possèdent des rôles larges et chevauchants dans le développement stomatique, soutenant un modèle où la spécialisation spécifique à chaque stade observée chez les angiospermes a évolué par le partitionnement progressif de ces capacités ancestrales et multifonctionnelles.
Article original sous licence CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Ceci est une explication générée par l'IA d'un preprint qui n'a pas été évalué par des pairs. Ce n'est pas un avis médical. Ne prenez pas de décisions de santé basées sur ce contenu. Lire la clause de non-responsabilité complète
Les plantes respirent par de minuscules pores microscopiques sur leurs feuilles appelés stomates. Ces pores agissent comme des portes réglables, s'ouvrant pour laisser entrer le dioxyde de carbone pour la photosynthèse tout en se fermant pour empêcher l'eau de s'échapper. Pour que les plantes puissent survivre sur terre, elles avaient besoin d'un moyen de construire ces portes de manière fiable. La construction d'un pore stomatique est une séquence d'événements soigneusement programmée où une seule cellule cutanée se divise pour former une paire de cellules spécialisées qui entourent l'ouverture. Chez les plantes à fleurs, ce processus est dirigé par une équipe de trois commutateurs protéiques distincts, chacun prenant le contrôle à un moment spécifique : l'un pour démarrer le processus, un autre pour façonner l'étape intermédiaire, et un dernier pour terminer le travail. Les scientifiques se sont longtemps demandé comment ce système précis en trois parties a évolué. Ces protéines ont-elles commencé sous la forme d'un outil unique et polyvalent qui s'est ensuite divisé en spécialistes, ou les ancêtres des plantes modernes possédaient-ils déjà une équipe complexe ?
Pour répondre à cela, les chercheurs ont porté leur attention sur deux lignées de plantes anciennes qui précèdent les plantes à fleurs : les fougères et les conifères. Ils se sont concentrés sur l'épicéa de Norvège, un conifère imposant, et sur la fougère aquatique, une plante aquatique à croissance rapide. En examinant les empreintes génétiques de ces espèces, l'équipe a découvert qu'contrairement aux plantes à fleurs, qui possèdent trois gènes distincts pour le développement stomatique, ces plantes anciennes n'en possèdent que deux. Un gène ressemble aux protéines « de démarrage » et « du milieu » des plantes à fleurs, tandis que l'autre ressemble au « finisseur ». Les chercheurs ont cherché à savoir si ces deux gènes anciens pouvaient accomplir le travail des trois, ou s'ils avaient déjà commencé à se spécialiser. Ils ont réalisé une série d'expériences où ils ont transféré ces gènes anciens dans les cellules de l'arabidopsis thaliana, une plante modèle à fleurs, pour voir comment le développement de la plante changerait.
Les résultats ont révélé que les gènes anciens sont remarquablement polyvalents. Lorsque les chercheurs ont introduit le gène « démarreur/milieu » de l'épicéa ou de la fougère dans la plante à fleurs, celui-ci pouvait non seulement amorcer le processus de formation des stomates, mais aussi pousser les cellules à travers les étapes intermédiaires de développement. En fait, ce seul gène ancien était assez puissant pour piloter l'ensemble du processus du début à la fin chez la plante à fleurs, créant des pores fonctionnels là où aucun ne devrait se former. De même, le gène « finisseur » de ces plantes anciennes pouvait également intervenir pour aider lors des étapes plus précoces, bien qu'il soit moins efficace pour démarrer le processus que l'autre gène. Cela suggère que les protéines de ces plantes anciennes ne sont pas des spécialistes rigides. Au contraire, elles possèdent une capacité large et chevauchante à gérer plusieurs étapes du processus de construction. Elles sont comme des entrepreneurs généraux capables de poser les fondations, d'ériger les murs et d'installer le toit, plutôt qu'une équipe de trois spécialistes où l'un ne pose que les fondations et un autre n'installe que les toits.
Cependant, l'étude a également révélé que ces protéines anciennes ne sont pas entièrement identiques dans leur travail. Chez l'épicéa, les deux gènes sont actifs à des moments différents et dans des endroits légèrement différents. Le gène « démarreur/milieu » est plus actif lorsque les cellules se divisent pour la première fois, tandis que le gène « finisseur » reste actif pendant une période plus longue, continuant de travailler même lorsque les pores mûrissent. Lorsque les chercheurs ont perturbé la fonction de ces gènes dans l'épicéa lui-même, les effets ont été distincts. Bloquer le gène « démarreur/milieu » a modifié la forme du pore final, tandis que bloquer le gène « finisseur » a altéré la forme même des cellules de garde et a modifié la composition chimique des parois cellulaires. Cela indique que, bien que ces protéines puissent faire le travail l'une de l'autre en cas de besoin, elles ont commencé à s'écarter dans leurs rôles naturels, chacune prenant une préférence légèrement différente pour le moment et la manière dont elles agissent.
Ces découvertes dressent un tableau clair de la manière dont la complexité évolue. La spécialisation marquée et stricte observée chez les plantes à fleurs modernes, où trois gènes gèrent trois étapes distinctes, n'est pas apparue de nulle part. Elle a probablement émergé progressivement d'un état ancestral où deux gènes partageaient un ensemble large et chevauchant de capacités. Au fil du temps, ces tâches partagées ont été lentement divisées, chaque gène devenant plus efficace à une étape spécifique et moins capable de gérer les autres. L'étude suggère que le système sophistiqué en trois parties des plantes à fleurs est le résultat d'un long voyage évolutif où une équipe de deux gènes flexibles a lentement partitionné ses tâches pour créer une main-d'œuvre plus spécialisée et plus efficace. Cette progression de capacités larges et chevauchantes vers des rôles stricts et spécifiques à chaque étape fournit un maillon manquant dans notre compréhension de la manière dont les plantes ont maîtrisé l'art de respirer sur terre.
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