La généticienne des plantes, le professeur Marja Timmermans, dans la serre avec le cresson de fontaine ou l'Arabidopsis. Crédit :Gunther Willinger/Université de Tübingen
Lorsqu'un organisme multicellulaire se développe, chaque cellule a besoin de connaître sa place par rapport à toutes les autres cellules. Cela signifie que les cellules doivent communiquer entre elles pour créer les modèles à partir desquels différents types de tissus et de cellules se présentent. Dans le cas des animaux, nous connaissons les signaux et les mécanismes qui conduisent ces processus de structuration.
Avec les plantes c'est différent, parce que les plantes multicellulaires ont évolué indépendamment des animaux multicellulaires. Le professeur Marja Timmermans du Center for Plant Molecular Biology de Tübingen a travaillé avec des collègues des Cold Spring Harbor Laboratories à New York pour découvrir que la communication cellulaire lors de la structuration des plantes s'effectue via un mécanisme unique et complexe. Les plantes utilisent de « petits ARN » comme signaux mobiles. Les petits ARN étaient auparavant connus pour leur rôle dans les mécanismes de défense contre les herbivores ou les agents pathogènes, mais comme le montre la nouvelle étude, cela sous-tend également que les cellules de la feuille prennent l'identité correcte dans l'espace et le temps. Les résultats de cette recherche ont été publiés dans le dernier numéro de Cellule de développement .
"La recherche sur la formation de motifs dans les organismes a une riche histoire à Tübingen, " fait remarquer Marja Timmermans. Au début des années 70, les professeurs Hans Meinhardt et Alfred Gierer, puis au Max Planck Institute for Virus Research, a élaboré des principes de base sur la façon dont un motif peut apparaître dans une population de cellules, et le professeur Christiane Nüsslein-Volhard, Directeur à l'Institut Max Planck de biologie du développement, a reçu le prix Nobel pour ses travaux sur le contrôle génétique de la structuration dans l'œuf de la mouche des fruits Drosophila en 1995.
La communication et la structuration chez les animaux multicellulaires se produisent fréquemment via des signaux mobiles, qui utilisent des gradients de concentration. Selon la concentration, et souvent sur une valeur seuil, les cellules se spécialisent dans diverses tâches. Il est maintenant démontré que ce mécanisme se produit également dans les plantes, bien qu'ils utilisent d'autres produits chimiques de signalisation. Contrairement aux cellules animales, les cellules végétales peuvent être connectées via des ponts plasma, permettant aux facteurs de régulation de se déplacer dans l'ensemble du système et de contribuer à la structuration.
Cresson de fontaine ou Arabidopsis. Crédit :Gunther Willinger/Université de Tübingen
Marja Timmermans et ses collègues ont suivi des indices indiquant que de petits ARN pourraient être impliqués dans la structuration des cellules végétales. Les petits ARN sont de courtes chaînes de molécules qui correspondent parfaitement à certaines sections régulatrices de l'information génétique dans l'ADN ou l'ARN. Ils sont capables de s'y attacher, empêchant ainsi la lecture de ces gènes particuliers. Les petits ARN permettent une régulation fine de la production de protéines et donc également des processus de développement dans les cellules.
Mécanisme performant de transmission des informations de positionnement
En utilisant une plante modèle pour la génétique, Arabidopsis ou cresson, les chercheurs ont étudié le rôle joué par les petits ARN dans le positionnement et le développement de la nouvelle feuille. En introduisant de petits ARN artificiels, ils ont modifié la concentration de ces éléments de coordination et observé la réaction des cellules de la feuille en croissance. "La chose surprenante était que les petits ARN étaient capables de produire des motifs stables, " dit Timmermans. Comme pour les produits chimiques du signal mobile chez les animaux, les petits ARN forment un gradient de concentration. "Contrairement aux signaux de développement conventionnels, les petits ARN fonctionnent de manière très spécifique, et ils peuvent intervenir directement dans l'activité des gènes."
Les petits ARN pourraient donc réguler l'activité de certains gènes en fonction de leur localisation – sans rétroaction des autres composants du processus. « Les petits ARN mobiles fournissent un mécanisme performant pour transmettre des informations de positionnement. Ils peuvent développer des modèles de développement précis, " résume Timmermans.
