La mécanique du sexe chez les plantes à fleurs

Publié par Adrien le 14/09/2020 à 09:00
Source: CNRS INSB
Comment les gamètes mâles qui sont renfermés dans les grains de pollen arrivent-ils à bon port pour fusionner avec les gamètes femelles contenus dans le pistil et assurer ainsi la fécondation chez les plantes à fleurs ? Lors du tout premier contact qui s'établit entre pollen (Le pollen (du grec palè : farine ou poussière) constitue, chez les végétaux supérieurs, l'élément...) et pistil, le pollen émet un tube qui assure le transfert des gamètes mâles vers les gamètes femelles. En combinant des approches d'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit...) du vivant, de microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie...) de force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale...) atomique, de génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.) et des analyses chimiques, un article publié dans la revue eLife décrit le rôle joué par une 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 d'accélérer jusqu'à des...), la KATANINE, dans l'orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil à l'équinoxe) et des points cardinaux (nord de la boussole) ;) des tubes polliniques en contrôlant les propriétés mécaniques du pistil.


Croissance folle et incontrôlée des tubes polliniques sauvages (Col-0) sur les papilles stigmatiques d'un mutant d'Arabidopsis thaliana (l'arabette des dames) dépourvu de KATANINE (ktn1-5). Image microscopie électronique à balayage ; Barre = 50 microm.
© Lucie Riglet

Chez les plantes à fleurs, la production de graines résulte de la fécondation (La fécondation, pour les êtres vivants organisés, est le stade de la reproduction sexuée consistant en une fusion des gamètes mâle et femelle en une cellule unique nommée zygote. Elle a été...) entre les gamètes mâles renfermés dans le grain (En météorologie maritime: Un grain est un vent violent et de peu de durée qui s'élève soudainement et qui est généralement accompagné de précipitations. Il se produit généralement au passage d'une ligne d'orages. Voir...) de pollen et les gamètes femelles contenus dans les ovules eux-mêmes enfouis au sein du pistil. Le succès de la reproduction (La Reproduction. Eléments pour une théorie du système d'enseignement est un ouvrage de sociologie co-écrit par Pierre Bourdieu et Jean-Claude Passeron paru en 1970 aux éditions de Minuit.) dépend d'une interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) initiale entre le grain de pollen et la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière...) du pistil composée d'une couche de cellules allongées appelées papilles stigmatiques. Au contact d'une papille stigmatique, le pollen se réhydrate et émet un tube pollinique qui transportera les gamètes mâles jusqu'aux ovules. Si des peptides (chimio-attractants) ont été identifiés dans le pistil comme assurant le guidage des tubes polliniques vers l'ovule (L'"ovule" est la cellule sexuelle (ou gamète) produite par les femelles. Comme tous les gamètes, l'"ovule" est haploïde, il contient la moitié des chromosomes de...), la manière dont le tube s'oriente correctement à la surface d'une papille pour prendre la direction des ovules reste inconnu. En effet, quelle que soit la position du pistil sur des fleurs en position verticale (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le fil à plomb.), inclinée ou inversée, le tube trouve la bonne direction indépendamment de la force de gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.).

La plupart des cellules végétales sont entourées d'une paroi cellulaire rigide composée de polymères de sucres qui forment des microfibrilles. En plus de cette paroi externe, les cellules possèdent des filaments internes constitués d'une protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques. En général, on parle de protéine lorsque...), la tubuline, qui forment le cytosquelette de microtubules. En pénétrant dans la paroi des papilles stigmatiques, le tube génère des forces de pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) dans la papille suggérant que les propriétés mécaniques de la paroi de la papille pourraient avoir un rôle dans les toutes premières étapes de croissance et d'orientation du tube.

Les scientifiques montrent que l'organisation (Une organisation est) du cytosquelette de microtubules et des microfibrilles confert des propriétés mécaniques particulières à la paroi des papilles qui ont un impact majeur sur la croissance et la direction des tubes polliniques. Ces propriétés mécaniques dépendent de l'action d'une enzyme qui coupe les microtubules, la KATANINE, qui est conservée chez de nombreux eucaryotes et présente chez l'humain. Chez un mutant d'Arabidopsis thaliana (l'arabette des dames) dépourvu de KATANINE, les propriétés mécaniques de la paroi des papilles sont fortement altérées ; les tubes polliniques ont une croissance accélérée et s'orientent de manière désordonnée, allant même parfois au sommet de la papille au lieu de se diriger vers leur base pour progresser en direction des ovules. Ces travaux révèlent un rôle inattendu de la KATANINE dans le guidage des tubes polliniques en contrôlant les propriétés mécaniques de la paroi des papilles stigmatiques.

En faisant prendre la bonne direction aux tubes polliniques dès leurs premiers pas dans la papille, la KATANINE a probablement joué un rôle majeur dans le succès évolutif (En biologie, l'expression « succès évolutif » est utilisée lorsqu'un taxon occupe des habitats nombreux et différents, avec un nombre important d'espèces ou d'organismes.) des plantes à fleurs en garantissant leur fécondation. Ces résultats indiquent que cette enzyme pourrait aussi réguler les propriétés mécaniques de cellules impliquées dans d'autres mécanismes biologiques.

Pour en savoir plus:
KATANIN-dependent mechanical properties of the stigmatic cell wall mediate the pollen tube path in Arabidopsis.
Riglet L, Rozier F, Kodera C, Bovio S, Sechet J, Fobis-Loisy I, Gaude (La gaude, ou réséda des teinturiers, est une plante herbacée bisannuelle de la famille des Résédacées, assez commune en Europe occidentale et méridionale, qui fut cultivée autrefois comme plante...) T.Elife. 2020 Sep 1;9:e57282. doi: 10.7554/eLife.57282.

Laboratoire:
Laboratoire de Reproduction et Développement des Plantes (RDP)
Université de Lyon/ ENS de Lyon/ UCBL/ INRAE/ CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français...)
46 Allée d'Italie, 69364 Lyon Cedex 07, France.
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