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Posté par Adrien le Lundi 13/03/2017 à 00:00
La cuticule des mousses: ancêtre de la lignine des plantes vasculaires ?
L'évolution de deux biopolymères essentiels, la lignine et la cutine, a été nécessaire à la transition des plantes du milieu aquatique au milieu terrestre. En recherchant chez une mousse l'origine évolutive de la lignine, une équipe de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical...) de biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de l'histoire naturelle des êtres vivants...) moléculaire des plantes, en collaboration avec des chercheurs de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment...) de Freiburg (Allemagne), révèle une étape commune à l'évolution de ces deux biopolymères chez les plantes terrestres. Cette étude a été publiée le 8 mars 2017 dans la revue Nature Communications.


Figure: A gauche: Mousse Physcomitrella patens sauvage. A droite: Impact de la déficience (?CYP98) du gène codant l'enzyme (Une enzyme est une molécule (protéine ou ARN dans le cas des ribozymes) permettant d'abaisser l'énergie d'activation d'une réaction et...) CYP98 impliquée dans le métabolisme (Le métabolisme est l'ensemble des transformations moléculaires et énergétiques qui se déroulent de manière ininterrompue dans la cellule ou l'organisme vivant. C'est un processus ordonné, qui...) phénolique sur le développement.
© Hugues Renault

Les plantes ont colonisé le milieu terrestre il y a près de 450 millions d'années. Cette transition a consisté en une adaptation à un nouvel environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les...) plus hostile. Pour la réussir, les plantes ont développé des mécanismes de résistance à la gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.), à la sécheresse, aux radiations solaires (notamment aux UV-B) et aux températures extrêmes. L'un d'entre eux est la mise en place d'un système vasculaire permettant le transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le canal ..). Par assimilation, des actions de...) à longue-distance de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) et des nutriments, ainsi qu'une rigidification des tissus. Ces adaptations ont nécessité des innovations métaboliques ad hoc.

Chez les plantes supérieures, le métabolisme phénolique est à l'origine de la synthèse d'un large répertoire de molécules spécialisées aux propriétés anti-UV et anti-oxydantes comme les flavonoïdes ou les esters phénoliques. Il génère également les précurseurs de biopolymères, en particulier ceux de la lignine qui jouent un rôle fondamental dans la formation du système vasculaire.

Selon les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) génomiques actuelles, le métabolisme phénolique des plantes est apparu lors de leur transition du milieu aquatique vers le milieu terrestre. Son implication dans le processus de terrestrialisation a donc été proposée, jusqu'ici sans confirmation expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes dominants tant sur le plan formel, esthétique, que sur le plan...).

L'équipe de Danièle Werck, en collaboration avec celle de Ralf Reski (Université de Freiburg, Allemagne), a choisi d'étudier les origines de la lignine dans la mousse Physcomitrella patens qui appartient au groupe des Bryophytes, les plus anciens végétaux terrestres. P. patens est dépourvue de lignine mais possède déjà une partie de la machinerie enzymatique qui permet sa biosynthèse chez les plantes supérieures. C'est en étudiant chez la mousse la fonction de l'une des enzymes intervenant dans ce métabolisme, le cytochrome P450 CYP98, que les chercheurs ont mis au jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel....) l'un des mécanismes ancestraux d'adaptation des plantes à la dessiccation. Les plantes déficientes pour le gène CYP98 (?CYP98) montrent un défaut de croissance très important (Figure) et une perméabilité de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est...) fortement accrue. Par des techniques de génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.), biochimie, et chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations...) analytique, les chercheurs ont pu démontrer que le métabolisme phénolique est requis pour la formation d'une cuticule associant précurseurs phénoliques et aliphatiques. Ce polymère cuticulaire permet une imperméabilisation de la plante (Les plantes (Plantae Haeckel, 1866) sont des êtres pluricellulaires à la base de la chaîne alimentaire. Elles forment l'une des subdivisions (ou règne)...), une protection contre les radiations UV, ainsi que la rigidification de ses parties érigées.

Cette étude apporte la première démonstration (En mathématiques, une démonstration permet d'établir une proposition à partir de propositions initiales, ou précédemment démontrées à partir de propositions...) du rôle essentiel joué dans le développement par le métabolisme phénolique chez une mousse. Il révèle que l'une des fonctions ancestrales de ce métabolisme est la production d'une cuticule enrichie en précurseurs phénoliques. Cette fonction apparaît fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) pour l'adaptation aux contraintes terrestres.

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Source: CNRS-INSB