Des scientifiques de l'UMD identifient le mécanisme responsable du développement des fruits et des graines chez les plantes à fleurs
Cette recherche pourrait permettre aux agronomes d'optimiser la productivité et d'explorer la viabilité des "fruits vierges".
Avec la hausse des températures mondiales et la diminution des populations de pollinisateurs, la production alimentaire est devenue de plus en plus difficile pour les producteurs du monde entier.
Les fraises sont de bons modèles pour la recherche sur la pollinisation car leurs graines sont incrustées à la surface du fruit, ce qui permet aux chercheurs de les observer plus facilement.
Zhongchi Liu
Une nouvelle étude menée par des chercheurs du département de biologie cellulaire et de génétique moléculaire de l'université du Maryland s'attaque à ce problème, en permettant de comprendre exactement comment les plantes à fleurs développent des fruits et des graines.
"Il est particulièrement important de comprendre ce processus, car les cultures alimentaires courantes, comme les arachides, le maïs, le riz et les fraises, sont toutes des fruits et des graines issus de fleurs", a déclaré Zhongchi Liu, auteur principal de l'étude et professeur de biologie cellulaire et de génétique moléculaire à l'UMD. "Savoir comment les plantes "décident" de transformer une partie de leurs fleurs en fruits et en graines est crucial pour l'agriculture et notre approvisionnement alimentaire."
Financée par la National Science Foundation, l'étude a été publiée dans la revue Nature Communications le 9 juillet 2022.
Dans l'étude, Liu et son équipe ont cherché à découvrir comment la fertilisation - ou la pollinisation - déclenche une plante à fleurs pour commencer le processus de développement des fruits. L'équipe soupçonnait qu'un système de communication interne était responsable de signaler à la plante de développer des fruits, mais les chercheurs ne savaient pas comment ce système était activé par la fertilisation ou la pollinisation.
Pour le découvrir, l'équipe a simulé les mécanismes de pollinisation et de développement des fruits en utilisant des plants de fraises. Les fraises sont particulièrement adaptées à la modélisation de la fécondation en raison de leur structure unique et de l'emplacement des graines, selon M. Liu.
"En tant que fruit "intérieur-extérieur", les graines de fraises sont beaucoup plus faciles à manipuler et à observer que les graines d'autres fruits comme les tomates", explique Liu. "Cela nous a permis de visualiser plus facilement les graines et d'en extraire des informations génétiques à plusieurs stades du développement de la plante."
Liu et son équipe ont identifié AGL62, un gène universellement présent dans toutes les plantes à fleurs, comme le déclencheur de la production de fruits et de graines d'une plante.
Selon Liu, AGL62 stimule la production d'une hormone de croissance végétale essentielle appelée auxine. Une fois le gène activé, l'auxine est synthétisée pour provoquer la création de l'enveloppe de la graine (la couche protectrice externe de la graine), de l'endosperme (la partie de la graine qui fournit la nourriture à l'embryon de la plante en développement) et du fruit. Le rôle de l'auxine dans la régulation de la croissance de l'endosperme est particulièrement important pour les chercheurs car il a un impact sur la taille du grain et le grossissement du fruit.
"Les niveaux d'auxine peuvent limiter la taille de l'endosperme et la quantité de nutriments que l'endosperme peut accumuler pour un embryon de plante", a déclaré Liu. "Plus d'auxine peut augmenter la taille des grains et stimuler le grossissement du fruit. Lorsqu'il y a moins d'auxine, les endospermes sont incapables de nourrir correctement les embryons des plantes et nous nous retrouvons avec une baisse de productivité des cultures - des fruits plus petits ou déformés qui ne sont pas commercialement viables."
À l'aide de CRISPR, une nouvelle technique de manipulation génétique, Lei Guo, le premier auteur, a réussi à perturber la fonction d'AGL62. En conséquence, les plants de fraises étaient incapables de produire des fruits et des graines, ce qui démontre le rôle critique d'AGL62 dans ce processus.
Dans la nature, la pollinisation incite le gène AGL62 à déclencher la production d'auxine, un processus nécessaire au développement optimal des fruits et des graines. Mais en identifiant cette relation entre le gène et l'hormone, Mme Liu et son équipe ont jeté les bases qui pourraient permettre aux agriculteurs d'activer AGL62 par le biais de la biotechnologie, en contournant complètement la pollinisation - en d'autres termes, en créant des fruits "vierges".
Mme Liu estime que ces résultats sont particulièrement importants à l'heure où le réchauffement climatique a un impact sur la production alimentaire dans le monde entier.
"Les chaleurs extrêmes tuent à la fois les pollinisateurs et le pollen lui-même, le changement climatique est donc un grand défi que nous devons surmonter", a déclaré Liu. "En apprendre davantage sur le gène AGL62 nous a donné un nouvel aperçu de la façon d'augmenter potentiellement la productivité des cultures agricoles, en particulier celles qui constituent notre approvisionnement alimentaire."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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