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Formation des sépales et des pétales des fleurs … version 2 !

Des chercheurs ont mis à jour les mécanismes moléculaires induisant la différenciation des organes floraux chez une plante d’une autre famille que la plante modèle Arabidopsis thaliana. Jusque-là, on utilisait de façon généralisée un modèle simple mis à jour il y a 25 ans chez cette plante. Par l’utilisation de mutants naturels de Pétunia, ils ont démontré que la formation des sépales et des pétales dépendait dans ce cas d’un mécanisme différent, montrant ainsi que la situation est plus complexe que prévu, en fonction des familles de plantes. Une révision des manuels scolaires s’impose !

Une fleur de Pétunia normale : Les sépales (les petites feuilles vertes autour de la base des pétales rouges) sont bien visibles.. © Inra, UMR RDP
Mis à jour le 20/03/2018
Publié le 20/03/2018

Sur Terre, les plantes à fleurs constituent le plus vaste groupe d’organismes vivants d’origine végétale. Au sein de ces centaines de milliers d’espèces, la majorité présente une fleur avec une structure très conservée constituée de quatre verticilles, des cercles concentriques qui portent les organes floraux appelés, de l’extérieur vers l’intérieur, les sépales, les pétales, les étamines et les carpelles.

Apparu voici 25 ans, le modèle ABC est un modèle génétique basé sur l’étude de mutants homéotiques (mutants d’organisation du plan de développement) qui décrit la façon dont l’identité des organes floraux est déterminée par l’action combinée de trois classes de gènes. Ce modèle est devenu extrêmement populaire et est enseigné dans les lycées et universités du monde entier. Bien qu’une partie soit basée sur des observations effectuées chez une seule espèce de rosidées, Arabidopsis thaliana ou arabette des dames, ce modèle était considéré comme valable pour toutes les plantes à fleurs. Des analyses comparatives ont montré que les fonctions B et C sont très conservées entre les différentes espèces. Toutefois, la manière dont la fonction A est déterminée dans les espèces autres qu’ Arabidopsis demeurait inconnue.

Des chercheurs de l’UMR RDP (UMR INRA / ENS / CNRS / UDL) ont utilisé le Pétunia, une astéridée, comme modèle génétique pour mieux comprendre la base moléculaire de la mise en place de l'identité des organes floraux. Ils ont étudié les gènes qui sont nécessaires pour que les gènes responsables de l’identité de chaque organe soient activés selon les bons patrons. Cette régulation est indispensable pour éviter qu’un type d’organe ne se transforme en un autre type.

Les astéridées et les rosidées constituent deux groupes majeurs de plantes à fleurs dont la séparation s’est produite il y a une centaine de millions d’années. Comparer la fonction des gènes impliqués dans le développement floral entre ces deux espèces permet donc de mieux comprendre l’évolution de la fonction des gènes liés à l’origine de la fleur.

En utilisant des mutations naturelles chez le pétunia (induites par des transposons présents chez le pétunia, des courtes séquences d’ADN mobiles), les chercheurs ont pu identifier ces gènes et étudier leur rôle, notamment en obtenant des mutants floraux qui montrent des conversions de sépales changés en pétales, étamines ou carpelles, selon le contexte génétique (voir les images). Les résultats sont incompatibles avec le modèle « ABC » et vont donc à l’encontre de l’hypothèse communément admise que les gènes impliqués sont communs et qu’ils agissent de la même façon chez toutes les espèces.

Par exemple, les chercheurs ont pu montrer que le gène qui évite que les sépales ne se transforment en pétales chez le pétunia correspond à un gène qui contrôle le moment de la floraison chez l’arabette.

En conclusion, malgré l’observation selon laquelle les fleurs de l’arabette et du pétunia ont une organisation très similaire, une partie des gènes qui contrôlent le développement floral ont des fonctions très différentes entre les deux espèces. Le modèle dit « ABC » n’est pas applicable et généralisable à l’ensemble des plantes à fleur, comme on le supposait jusqu’alors.

Une fleur de Pétunia mutante : Les sépales ne semblent plus être présents à cause de leur transformation en pétales.. © Inra, UMR RDP
Une fleur de Pétunia mutante : Les sépales ne semblent plus être présents à cause de leur transformation en pétales. © Inra, UMR RDP

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Références bibliographiques

A conserved microRNA module exerts homeotic control overPetunia hybridaandAntirrhinum majusfloral organ identity

Maria Cartolano, Rosa Castillo, Nadia Efremova, Markus Kuckenberg, Jan Zethof, Tom Gerats, Zsuzsanna Schwarz-Sommer, Michiel Vandenbussche.2007.Nature Genetics 39: 901–905

Divergence of the Floral A-function Between an Asterid and a Rosid Species

Patrice Morel, Klaas Heijmans, Frederique Rozier, Jan Zethof, Sophy Chamot, Suzanne Rodrigues Bento, Aurelie Vialette-Guiraud, Pierre Chambrier, Christophe Trehin, Michiel Vandenbussche. 2017.The Plant Cell, doi:10.1105/tpc.17.00098