Les mécanismes cachés derrière l’auto-incompatibilité des plantes hermaphrodites révélés

Une nouvelle étude présente un modèle évolutif-biophysique qui jette un nouvel éclairage sur l’évolution de l’auto-incompatibilité collaborative de non-auto-reconnaissance, un mécanisme génétique chez les plantes qui empêche l’autofécondation et favorise la fécondation croisée. Le modèle innovant introduit des interactions moléculaires promiscues comme ingrédient clé, améliorant ainsi notre compréhension de la diversité génétique et de l’évolution des plantes hermaphrodites.

Une étude menée par le Dr Tamar Friedlander et son équipe de l’Institut Robert H. Smith des sciences végétales et de génétique en agriculture de l’Université hébraïque, en collaboration avec le professeur Ohad Feldheim de l’Institut de mathématiques Einstein de l’Université hébraïque, a développé une modèle évolutif-biophysique qui apporte un nouvel éclairage sur l’évolution de l’auto-incompatibilité collaborative de non-auto-reconnaissance chez les plantes.

L’étude, parue dans Communications naturellesintroduit un nouveau cadre théorique qui intègre les interactions moléculaires promiscues, largement négligées par les modèles traditionnels.

L’auto-incompatibilité (SI) est un mécanisme biologique répandu chez les plantes possédant des organes reproducteurs mâles et femelles, qui empêche l’autofécondation et favorise la diversité génétique. Selon ce mécanisme, la fécondation repose sur la reconnaissance spécifique entre des protéines très diverses : la RNase (déterminant femelle) et la SLF (déterminant mâle).

L’interaction entre ces protéines garantit que les plantes ne sont compatibles qu’avec des partenaires non autonomes, maintenant ainsi un pool génétique diversifié.

Le nouveau modèle proposé par le Dr Friedlander et son équipe représente une avancée significative dans la compréhension de la dynamique évolutive des protéines d’auto-incompatibilité. En permettant des interactions confuses (où les interactions avec des partenaires inconnus sont probables) et plusieurs partenaires distincts par protéine, le modèle s’aligne plus étroitement sur les résultats empiriques que les modèles précédents qui supposaient uniquement des interactions individuelles.

Cette promiscuité permet un modèle d’interaction flexible entre les protéines mâles et femelles, offrant ainsi de nouvelles informations sur la manière dont ces protéines évoluent et interagissent au fil des générations.

“Notre recherche montre que la capacité des protéines à s’engager dans des interactions promiscues est cruciale pour le maintien évolutif à long terme des systèmes d’auto-incompatibilité”, a expliqué le Dr Friedlander.

“Nous proposons que l’état par défaut de ce système est que la reconnaissance est probable et qu’une pression évolutive est nécessaire pour l’éviter, contrairement à ce que l’on pensait auparavant. Cette flexibilité aide non seulement à maintenir la diversité génétique, mais suggère également que des mécanismes similaires pourraient fonctionner. dans d’autres systèmes biologiques.

L’étude révèle également comment les populations de ces plantes s’organisent spontanément en classes de compatibilité distinctes, garantissant une compatibilité totale entre les différentes classes tout en maintenant l’incompatibilité au sein d’une même classe.

Le modèle prédit diverses voies évolutives qui pourraient conduire à la formation ou à l’élimination de ces classes de compatibilité basées uniquement sur des mutations ponctuelles. L’équilibre dynamique entre l’émergence et le déclin de ces classes, qui fournit un modèle d’évolution durable, a été analysé par les chercheurs à l’aide d’un mélange d’outils empiriques et théoriques empruntés au domaine de la mécanique statistique en physique.

“Ces enseignements de notre étude ont de profondes implications non seulement pour la biologie végétale, mais également pour la compréhension des principes fondamentaux de la reconnaissance moléculaire et de son impact sur l’évolution des réseaux biologiques”, a ajouté le Dr Friedlander. “Nos découvertes pourraient également contribuer à la conservation de la biodiversité végétale.”

Cette recherche, qui met en évidence le rôle des interactions moléculaires promiscuité et multipartenaires, est susceptible d’inspirer la recherche de ces deux éléments dans d’autres systèmes biologiques et d’aider à expliquer l’évolution de divers réseaux moléculaires complexes. Il enrichit la compréhension de la biologie végétale et a des implications plus larges pour décrypter l’évolution des réseaux biologiques et gérer la biodiversité.