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De nouvelles découvertes sur les mystères de la floraison

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La floraison reste un mystère, même si les chercheurs du CNRS tentent d'en déflorer l'intimité moléculaire. Avec succès, comme le prouvent deux découvertes récentes.

© H. Böhlenius/UPSC, Umea Suède

"De la floraison qui paraît, la nature est belle et touchante." Si les poètes comme Apollinaire chantent l'éclosion des fleurs, nos chercheurs, eux, dénouent peu à peu les fils de ses complexes mécanismes biologiques. Ils savent ainsi que la floraison est étroitement liée à la période de froid (vernalisation) et à la durée du jour (photopériode). Que cette dernière devienne favorable, et voici déclenchée la production, au niveau des feuilles, d'une substance joliment baptisée « florigène » qui migre ensuite vers l'apex de la plante, centre de production des boutons floraux. Si cette substance reste assez mystérieuse, deux recherches menées au CNRS lèvent aujourd'hui une partie du voile.

Sucre, hormone, protéine, ADN, ARN ? Les travaux sur la nature de la florigène fleurissent depuis plus d'un siècle... sans résultats probants. François Parcy, du Laboratoire de physiologie cellulaire végétale de Grenoble (1), de pair avec une équipe suédoise, vient pourtant d'apporter un début de réponse (2). Plante fétiche de ces recherches : Arabidopsis thaliana. C'est une mauvaise herbe cousine de la moutarde et du colza, dont on a isolé des mutants qui ne répondent pas au signal photopériodique. Incapables, donc, de fleurir « à l'heure ». Partant de cette observation, « une équipe allemande a démontré l'an passé que le gène FT (Flowering Locus T) s'imposait comme le meilleur candidat du signal de floraison : il est induit dans la feuille et capable d'agir, sous l'effet de la lumière, dans la feuille et dans la tige », explique François Parcy. Cela « sentait » le florigène à plein nez...

Encore fallait-il identifier la molécule en jeu, transportée via le système vasculaire de la plante. L'ARN messager ou la protéine de FT, voire une autre molécule produite en réponse à FT ? La réponse est venue d'une expérience un peu éloignée de cette quête du Graal végétal. « J'ai d'abord émis l'idée que le gène FT s'autorégulait, sans doute pour rendre la floraison irréversible, et Ove Nilsson, le directeur de l'équipe suédoise, avait tous les outils pour tester cette hypothèse », poursuit le chercheur. À savoir des plantes transgéniques qui expriment FT à la suite d'un choc thermique. Une façon de le distinguer des autres gènes sensibles, comme lui, à l'augmentation de la lumière. Dans un premier temps, les chercheurs ont chauffé la plante entière. Résultats ? Une floraison précoce et surtout, l'induction des deux FT : le transgène et sa version endogène. Ce qui signifie que le premier, une fois activé, stimule le second... la preuve, donc, que ce gène est bien capable de s'autoréguler. Ove Nilsson a eu ensuite l'ingénieuse idée de ne chauffer qu'une seule feuille. Gagné ! Même induit localement, notre gène suffit à faire poindre des boutons floraux à l'apex. Mais la plus grosse surprise est venue de l'analyse des ARN messagers présents dans la tige.

Pourquoi y trouve-t-on celui de FT induit par la chaleur alors qu'il est produit dans la feuille ? C'est bien que cet ARN messager doit être capable de voyager dans toute la plante. « Jusqu'à présent, on connaissait plein de gènes qui contrôlent la floraison, au niveau de la tige ou de la feuille, conclut François Parcy. La nouveauté de cette étude est de trouver une molécule qui bouge et induise la floraison. »

Seconde escale de cette promenade fleurie à Strasbourg. Où l'on retrouve, au cœur des recherches de l'Institut de biologie moléculaire des plantes (IBMP) du CNRS, l'insaisissable florigène. Ici, il ne s'agit pas d'affiner le profil de ladite substance, mais son mode de contrôle. Entendez une cascade moléculaire, avec, au bout, le déclenchement ou non de la floraison. Intimement lié à ce signal, revoilà le gène FT qui voit son activité modulée par une poignée de gènes. Exemple : le puissant répresseur FLC (Flowering locus C) chez Arabidopsis thaliana. À l'image des poupées russes, il est lui-même soumis à des mécanismes de contrôle... que Wen-Hui Shen, l'un des chercheurs de l'institut, vient d'éclaircir.

Foin de gène ni d'enzyme ici, mais une modification chimique des histones. Présentes chez tous les eucaryotes, ces protéines ont pour rôle de compacter l'ADN, qui s'enroule autour d'elles. Loin d'être immuable, leur structure varie au fil de « greffes » de petits groupes chimiques comme les « méthyles ». (3) Or ces méthylations sont susceptibles, selon leur place, de faire agir l'histone sur certains gènes alentour. « Notre découverte (4) intervient sur une méthylation au niveau de H3K36 (lysine 36 sur l'histone H3), laquelle s'avère nécessaire à l'expression de FLC », indique le chercheur. C'est la première fois que l'on trouve une telle méthylation sur ce site précis. Son rôle consiste à activer FLC. Donc à réprimer FT et à empêcher une floraison précoce. Quid des enzymes en charge de ces subtiles modifications ? « Nous avons identifié l'enzyme responsable (SDG8) car lorsque son gène est muté, la plante connaît une floraison avancée et une taille réduite. » Un résultat appelant moult questions sur son mode d'action... De quoi faire pousser encore de belles expériences.

Patricia Chairopoulos

1. Laboratoire CNRS / CEA région parisienne / Université Grenoble-I / Inra.
2. Science, 9 septembre 2005, vol. 39, n° 5741, pp. 1694-1696.
3. Ce groupe chimique -CH3 peut s'accrocher (c'est la méthylation) à toutes sortes de molécules, en particulier les histones.
4. Nature Cell Biology, décembre 2005, vol. 7, n° 12, pp. 1256-1260.

Contact :

Wen-Hui Shen
Institut de biologie moléculaire des plantes (IBMP), Strasbourg
Wen-Hui.Shen@ibmp-ulp.u-strasbg.fr

François Parcy
Laboratoire de physiologie cellulaire végétale, Grenoble
francois.parcy@cea.fr

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