Bien qu'il se trouve dans le monde entier, il est facile d'oublier l'hépatique commune - la plante peut tenir dans la paume de la main et semble être composée de plat, feuilles superposées. Malgré leur apparence peu attrayante, ces plantes sans racines ni tissus vasculaires pour le transport des nutriments sont des liens vivants avec la transition des algues qui ont trouvé leur chemin hors de l'océan vers la multitude établie de plantes terrestres.

Comme indiqué dans le 5 octobre, Numéro 2017 de Cellule , une équipe internationale comprenant des chercheurs du U.S. Department of Energy Joint Genome Institute (DOE JGI), une installation utilisateur du DOE Office of Science, analysé la séquence du génome de l'hépatique commune ( Marchantia polymorphe ) pour identifier les gènes et les familles de gènes qui ont été jugés cruciaux pour l'évolution des plantes et qui ont été conservés pendant des millions d'années et à travers les lignées végétales. Les travaux ont été dirigés par des chercheurs de l'Université Monash en Australie, et à l'Université de Kyoto et à l'Université de Kindai au Japon.

"Les premières plantes comme l'hépatique sont ce qui a préparé le monde pour les plantes terrestres. Sans elles, nous n'aurions pas de plantes à plus de 60 cm de l'océan et de l'eau douce, " a déclaré Jeremy Schmutz, responsable du programme DOE JGI Plant. " En revenant aux hépatiques, nous trouvons des gènes partagés avec des graminées qui sont des gènes candidats pour les cultures pour la production de biocarburants. Les plantes terrestres ont commencé avec les mêmes parties présentes à Marchantia aujourd'hui, donc les changements sont tous dus à des facteurs tels que l'évolution, polyploïdie, échange de gènes et cycles de sélection. Nous voulons savoir ce que font les gènes et nous le faisons en traduisant la fonction à travers les génomes à l'aide de séquences conservées. Des génomes plus petits et moins complexes - tels que ceux d'un modèle de plante basale ou précoce comme l'hépatique - nous donnent la possibilité d'identifier les gènes ancestraux d'un gène ou d'une famille de gènes. Nous identifions la fonction d'un gène dans une plante et déterminons comment ce gène fonctionne, puis nous identifions d'autres gènes en comprenant l'histoire évolutive du gène ou de la famille de gènes à travers l'histoire des plantes. »

Le séquençage et l'annotation du génome ont été effectués par le biais du programme scientifique communautaire du DOE JGI, et permet des comparaisons génomiques avec d'autres lignées végétales précoces séquencées et analysées par le DOE JGI :la mousse Selaginella moellendorffi et la mousse Physcomitrella patens. L'une des voies biochimiques les plus importantes concerne la production de l'hormone auxine, qui est essentiel pour réguler la croissance et le développement des plantes. L'équipe a identifié une voie minimale mais complète pour la biosynthèse de l'auxine dans l'hépatique. Une autre découverte suggère que les gènes codant pour des enzymes produisant un "écran solaire" qui permettaient aux premières plantes de tolérer la lumière ultraviolette pourraient avoir été transférés d'anciens microbes du sol.

L'une des découvertes les plus importantes de l'équipe concerne le développement de la paroi cellulaire des plantes. La variété de gènes codant pour des enzymes pour le développement de la paroi cellulaire des plantes trouvées chez Marchantia souligne l'importance des parois cellulaires des plantes pour la transition vers les plantes terrestres. L'équipe a identifié les premiers gènes de biosynthèse de la lignine similaires à ceux de Physcomitrella. Alors qu'ils ont identifié des gènes impliqués dans la formation des plasmodesmes (les plasmodesmes sont des canaux membranaires impliqués dans les transferts de nutriments et de molécules de signal), une voie impliquée dans la division cellulaire, ils ont également découvert que les hépatiques conservent les vestiges des voies de division cellulaire antérieures à la voie spécifique aux plantes terrestres.

Une autre découverte importante concerne la rétention et la distribution de l'eau. Les premières plantes ont dû développer des stratégies pour faire face à la sécheresse et à la dessiccation, et bon nombre de ces mêmes stratégies sont encore employées par les usines modernes. L'acide abscissique est une hormone du stress des plantes qui régule lorsqu'une plante entre en dormance lorsque l'eau est rare. L'équipe a trouvé des gènes homologues pour la biosynthèse de l'acide abscissique, et ont également pu identifier quand des récepteurs spécifiques sont devenus essentiels pour les familles de plantes terrestres.

Schmutz a souligné qu'à travers le programme scientifique communautaire, l'exploration de l'histoire de l'évolution des plantes par le DOE JGI s'étend, conduisant à l'élaboration d'un cadre de génomique comparative, y compris ceux des premières lignées végétales comme l'hépatique, qui profite à la communauté de recherche sur les plantes dans son ensemble. "Plus nous accumulons ces informations dans les premières lignées végétales, plus il est facile de transférer la fonction des plantes à travers la phylogénie des plantes et de comparer les familles de plantes pour voir le rayonnement de ces gènes. Nous nous concentrerons un peu plus sur les lignées basales des plantes pour comprendre l'histoire évolutive et la position des gènes. Si nous pouvons comprendre l'origine de ces gènes, alors nous pouvons comprendre la fonction historique. Avoir plusieurs espèces nous permet de faire plus et de montrer plus que ce que nous pouvons avec un seul génome."

En apprenant les fonctions originelles des gènes, élucidés à partir des génomes antérieurs, plus simple, plantes et cellules, les scientifiques peuvent résoudre plus facilement les fonctions de gènes apparentés observés dans des plantes plus complexes, ce qui peut aider à répondre aux missions du DOE dans les processus bioénergétiques et environnementaux.