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La fleur et ses organes reproducteurs mâles et femelles : étamines et pistil

Dossier - Les fleurs et leur vie sexuelle de A à Z
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La fleur constitue un système biologique unique par ses modes singuliers de floraison et de reproduction. Sans la vie sexuelle des fleurs, il n’y a ni graine, ni fruit. N'oublions pas que plus des trois quarts de nos productions agricoles sont issues du bon fonctionnement de la sexualité des fleurs.

  
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Les fleurs sont le plus souvent hermaphrodites, c'est-à-dire qu'elles possèdent des organes reproducteurs mâles (les étamines libèrent le pollen) et femelles (le pistil reçoit le pollen).

Goethe (1749-1832), le célèbre poète et philosophe, était très inspiré par le traité de philosophie botanique du naturaliste Carl von Linné qui était, selon ses propres écrits, son sujet d'étude quotidien. Il observa attentivement les plantes, les fleurs en particulier. L'auteur des Souffrances du jeune Werther interpréta la transformation progressive des pièces d'un type, par exemple les sépales, en pièce d'un autre type, les pétales, ou encore les pétales en étamines, etc.

Une variété de tulipe avec six tépales, nom donné aux organes du périanthe lorsqu’on ne peut pas distinguer pétales et sépales. © Jorgebarrios, CC by-nc 3.0

Geothe décrivit également la nature foliacée du style et du pistil. Pour lui, l'organe type du végétal était la feuille. Il décrivit ainsi « la métamorphose des plantes » dans une célèbre théorie publiée en 1790. L'essai de Goethe reçu un accueil glacial venant de la plupart des botanistes. « Personne, écrivit-il, ne voulait comprendre l'union intime de la poésie et de la science ».

L'observation de Goethe, longtemps restée anecdotique, revint sur le devant de la scène deux siècles plus tard avec les travaux de plusieurs équipes et l'utilisation de l'Arabette des damesArabidopsis thaliana, espèce modèle en biologie du développement.

Une autre variété horticole dite double avec de nombreux pétales. © Christian Dumas - Tous droits réservés

La fleur, les gènes et les mutations homéotiques

La plupart des transformations visibles chez les différents mutants floraux décrits impliquent des mutations homéotiques. De telles mutations ne sont pas sans rappeler celles observées précédemment chez la Mouche Drosophile (en ce qui la concerne, une antenne peut par exemple être remplacée par une patte).

Leurs travaux sur les gènes homéotiques ont valu à l'Américain Edward B. Lewis, l'Allemande Christiane Nüesslein-Volhard et l'Américain d'origine suisse Eric F. Wieschaus un prix Nobel de médecine en 1995. Il aura ainsi fallu attendre deux siècles pour que des chercheurs réexaminent la question soulevée par Goethe en exploitant une série de mutants où l'identité des organes produits par le méristème floral est modifiée.

Un pétale en train de se transformer en étamine, illustrant une transformation homéotique. © Christian Dumas - Tous droits réservés

Trois groupes de gènes dits A, B et C sont impliqués dans les mutations homéotiques. Dans un article publié en 1991, The war of the whorls (La guerre des verticilles) - allusion au fameux livre de H.G. Wells, La guerre des Mondes -, Coen et Meyerowitz supposent la présence de trois types de régulateurs : les gènes "A", "B" et "C". En appliquant des règles simples, la plante utilise ces trois types pour obtenir les différents organes :

  1. si "A" est seul présent, le verticille produit des sépales ;
  2. si "A" et "B" sont présents ensemble, le verticille produit des pétales ;
  3. si "B" et "C" sont présents ensemble, le verticille produit des étamines ;
  4. si "C" est seul présent, le verticille produit des carpelles ;
  5. "A" et "B" s'inhibent mutuellement et ne peuvent donc jamais fonctionner ensemble.

En jouant avec ces cinq règles de base, les plantes ont généré toutes sortes de fleurs.

Pétale, étamine, carpelle ou sépale ?

Cependant, comme souvent en science, la réalité est plus complexe et, depuis, d'autres règles se sont ajoutées à ces principes de base. On a notamment identifié des gènes "D" impliqués dans la formation des ovules. Et, en 2000, la découverte et l'analyse de nouveaux mutants entraînant une perte des fonctions A, B et C permirent de montrer que les gènes correspondants représentent une autre classe de gènes homéotiques, nommés E.

Ainsi :

  • pour faire un pétale, il est nécessaire d'avoir la combinaison A+B+E ;
  • pour faire une étamine, il est nécessaire d'avoir la combinaison B+C+E ;
  • pour faire une carpelle, il est nécessaire d'avoir la combinaison C+E.

Un quatrième mutant analysé plus récemment, SEP4, permet même de revenir chez le quadruple mutant au niveau basal, c'est-à-dire au stade feuille, point central de la théorie de Goethe. Cela pourrait argumenter, selon une chanson célèbre de Guy Béart, que « le poète a dit la vérité » !