L’ingénieuse défense des plantes contre les dommages mutationnels

Les humains ne survivraient pas longtemps sans les mitochondries végétales et les chloroplastes. Ces compartiments essentiels des cellules végétales captent la lumière du soleil et alimentent la vie des centrales – et fournissent ainsi, en fin de compte, toute la nourriture que nous mangeons. Mais il y a un problème : les mitochondries et les chloroplastes stockent les instructions relatives à leurs éléments constitutifs dans leur propre ADN « organite » ou ADNo – et celui-ci peut subir une mutation.

Vous pouvez en constater de légers effets sur certaines plantes « panachées », où les feuilles blanchissent et perdent la capacité de photosynthèse. Jolie dans votre jardin, mais pas bonne pour les cultures. Comment les plantes évitent-elles l’accumulation de dommages mutationnels au fil du temps ?

Une collaboration entre l’Université de Bergen et la Colorado State University a apporté un nouvel éclairage sur cette question. Étonnamment, la réponse réside en partie dans l’exploitation du hasard. Les résultats sont publiés dans la revue Nouveau phytologue.

Générer de la diversité avec le hasard

Si une plante hérite d’une certaine quantité de mutations de sa mère et transmet la même quantité de mutations à chacun de ses descendants, les mutations s’accumuleront inévitablement au fil des générations et les descendants de la plante mourront. Au lieu de cela, les plantes répartissent les dégâts dont elles héritent, de sorte que si certains descendants héritent malheureusement de nombreuses mutations, d’autres en héritent beaucoup moins. Ce processus, qui se produit également chez les animaux (y compris les humains), est appelé ségrégation. Et cela dépend de la plante qui génère des différences aléatoires entre sa progéniture.

“Le processus de ségrégation est connu pour être très rapide chez l’homme et a un effet important sur la transmission des maladies génétiques humaines”, a déclaré Dan Sloan, chef de l’équipe de recherche du Colorado. “Remarquablement, nous avons constaté que c’est encore plus rapide dans les plantes.”

Implications agricoles

“Notre travail est vraiment passionnant car jusqu’à présent, nous avions très peu d’informations sur le comportement de ces mutations chez les plantes”, a ajouté Amanda Broz, première auteure de l’étude. “Les scientifiques agricoles se sont récemment intéressés à la compréhension de la variation de l’ADNo, car les mitochondries et les chloroplastes sont essentiels à la croissance et au rendement des plantes. Nos résultats sont une bonne nouvelle pour les sélectionneurs de cultures souhaitant introduire de nouvelles mutations bénéfiques.”

Pour comprendre la ségrégation de l’ADNo, l’équipe a généré des plantes qui ont hérité de niveaux élevés de mutations et a suivi la manière dont ces mutations se sont distribuées dans la plante au fil du temps. Ils ont ensuite utilisé une modélisation mathématique et statistique pour traduire ces observations expérimentales en théorie décrivant comment la plante répartissait de manière aléatoire ses dommages hérités.

Ils ont découvert qu’une combinaison de processus – distribution aléatoire de l’ADNo lorsque les cellules se divisent et écrasement aléatoire de certaines molécules d’ADNo par d’autres – pourrait expliquer toutes leurs observations de ségrégation végétale au fil du temps et de mère en fille. Ils ont également trouvé un certain soutien à l’idée selon laquelle les plantes « mettent de côté » certaines cellules au début de leur vie qui seront responsables de la production de la prochaine génération – une idée actuellement activement débattue dans la science végétale.

“Je rêve depuis des années d’explorer ce processus”, a déclaré Iain Johnston, auteur correspondant et chef de l’équipe de recherche de Bergen. “C’est la combinaison de ces belles nouvelles lignées de plantes, d’expériences détaillées et de mathématiques et statistiques modernes qui ont rendu cela possible.”

Les résultats de l’équipe soutiennent les théories récentes sur le nombre d’autres formes de vie qui entretiennent leurs centrales électriques et pourraient constituer une étape vers la manipulation de l’ADN o dans les plantes, un aspect important de la sélection végétale et de l’amélioration des rendements.