Dans le monde des plantes, l’amour est complexe et de nouvelles recherches révèlent une tournure surprenante dans la façon dont certaines plantes surmontent leur auto-incompatibilité pour s’autoféconder.
L’amour des plantes peut être une affaire délicate. En ce qui concerne la reproduction, certaines espèces végétales, comme l’Amérique du Nord Arabidopsis lyrata, ont développé une stratégie fascinante connue sous le nom d’auto-incompatibilité, qui les empêche de s’autoféconder, favorisant ainsi la diversité génétique. Mais dans certains cas, cette auto-incompatibilité peut s’effondrer, permettant à la plante de s’autoféconder. Ce mystère botanique a fait l’objet d’une étude récente de Li et ses collègues, publiée dans la revue Communication Nature.
Les principales conclusions de la recherche tournent autour du rôle de ce qu’on appelle le locus S. Traditionnellement, on pensait que des mutations dans les gènes du locus S, responsables de la reconnaissance de l’auto-pollen, pouvaient provoquer la rupture de l’auto-incompatibilité. Cependant, Li et son équipe ont constaté que, dans le cas de Sand Cress, Arabidopsis lyrata, avec des allèles S homozygotes S1S1, c’est-à-dire des plantes qui ont le même gène S1 des deux parents, ce n’est pas le cas. Ils proposent plutôt qu’un modificateur spécifique de S1 non lié au locus S pourrait être responsable de l’auto-compatibilité observée dans certaines populations autofécondées.
L’auto-incompatibilité empêche l’autofécondation de certaines plantes, favorisant ainsi la diversité génétique, facteur clé de survie dans des conditions environnementales variables. Nord Américain Arabidopsis lyrata pratique habituellement cette stratégie. Cependant, certaines transitions indépendantes vers l’autocompatibilité et l’autofécondation ont été observées, liées à des allèles S spécifiques (S1 et S19). L’étude relie en outre cette auto-compatibilité à ces allèles S spécifiques, remettant en question la vision traditionnelle de la rupture de l’auto-incompatibilité due aux mutations du locus S.
« Les autopollinisateurs ont un potentiel accru pour établir des populations autosuffisantes en dehors de leur aire de répartition naturelle en tant qu’espèces envahissantes et peuvent survivre sans insectes pollinisateurs. Par conséquent, une meilleure compréhension des mécanismes qui peuvent amener les pollinisateurs croisés à devenir des autopollinisateurs est d’une grande pertinence écologique », explique Marc Stift, écologiste évolutionniste à l’Université de Constance et l’un des auteurs de l’étude dans un communiqué de presse.
En utilisant une méthode unique impliquant des croisements entre des plantes auto-compatibles (SC) et auto-incompatibles (SI), et en se concentrant davantage sur les croisements impliquant des plantes SC des deux milieux S-locus les plus courants associés à l’auto-fécondation, S1 et S19, Li et ses collègues ont réussi à fournir des preuves solides de leur hypothèse. Leur méthode reposait sur la détermination du système d’élevage de plus de 1 503 descendants de ces croisements en calculant l’indice SC. Ils ont calculé le succès de la reproduction en mesurant la longueur des fruits. Dans leur article, Li et ses collègues écrivent :
Après la pollinisation, les fruits s’allongent pour accueillir les graines en développement et atteignent leur longueur finale une à deux semaines après la pollinisation. La longueur des fruits est un bon indicateur du nombre de graines. Par conséquent, comme les graines ne peuvent être comptées de manière fiable qu’au moins quatre semaines après la pollinisation, nous avons utilisé la longueur des fruits à deux semaines comme approximation de la formation de graines pour permettre un débit plus élevé et permettre le criblage de plus de plantes.
Li et al. 2023
Dans leurs résultats, Li et ses collègues ont découvert que les croisements entre des plantes auto-compatibles et auto-incompatibles produisaient à la fois une progéniture auto-compatible et auto-incompatible, les allèles S du partenaire auto-incompatible étant cruciaux. Dans les cas impliquant l’allèle S1 S, les chercheurs ont découvert que l’autocompatibilité ne pouvait pas être attribuée à une mutation au locus S, suggérant plutôt l’implication d’un modificateur spécifique S1 non lié.
En d’autres termes, les gènes d’auto-reconnaissance étaient en quelque sorte impliqués dans la rupture de l’auto-incompatibilité chez le cresson des sables, mais pas par le même mécanisme que celui connu chez d’autres espèces. Au contraire : « En fait, nos expériences ont révélé une descendance avec des gènes d’auto-reconnaissance identiques, dont certains étaient auto-incompatibles, et d’autres complètement autofertiles », explique Yan Li, qui a mené les expériences de croisement pour ses études doctorales en Constance. Cela fournit une preuve solide du mécanisme alternatif non prouvé auparavant impliquant un gène modificateur.
« Nous devrons maintenant découvrir si ce mécanisme est unique au cresson de sable, ou s’il a également conduit à la transition de la pollinisation croisée à l’autopollinisation chez d’autres espèces végétales », ajoute Stift.
LIRE L’ARTICLE
Li, Y., Mamonova, E., Köhler, N., van Kleunen, M. et Stift, M. (2023) « Répartition de l’auto-incompatibilité due à l’interaction génétique entre un allèle S spécifique et un modificateur non lié, » Communication Nature, 14(1), p. 3420. Disponible sur : https://doi.org/10.1038/s41467-023-38802-0.
Image de couverture: Arabidopsis lyrata fleurs. Image : M. Stift
