Deux groupes de biologistes moléculaires végétaux, à l'Université du Massachusetts Amherst et à l'Université de Pékin, Chine, ont longtemps étudié comment les tubes polliniques et les pistils, les parties mâles et femelles des fleurs, communiquer pour parvenir à la fertilisation des plantes. Aujourd'hui, ils rapportent dans un Science publication anticipée selon laquelle ils ont identifié une paire de récepteurs essentiels à ces communications ainsi que des molécules qui modulent l'activité des récepteurs.

L'oeuvre, dans l'usine modèle Arabidopsis , améliore la compréhension de base de la reproduction des plantes, disent Alice Cheung et Hen-Ming Wu à UMass Amherst, avec Li-Jia Qu et Hongya Gu en Chine. Les chercheurs ont nommé les deux nouveaux récepteurs Buddha Paper Seal 1 et 2 (BUPS1/2). Leur article identifie également plusieurs petits peptides connus sous le nom de facteurs d'alcalinisation rapide (RALF) 4, 19 et 34 comme leurs ligands - molécules qui modulent les fonctions des récepteurs.

Plus loin, les auteurs décrivent comment BUPS1/2 et une deuxième paire de récepteurs apparentés appelés ANXUR 1 et 2 (ANX1/2), et RALF 4 et 19, tous exprimés dans le tube pollinique et nécessaires à la fertilité masculine, interagir ensemble pour faire leur travail.

Cheung dit, "Notre article décrit une élaboration importante du réseau d'interaction mâle et femelle dans la reproduction des plantes. Les molécules impliquées dans le processus doivent travailler intimement ensemble pour orchestrer et soutenir les événements interactifs mâle-femelle. Dans ce processus, le tube pollinique se développe à l'intérieur du pistil, souvent sur des distances des centaines ou des milliers de fois supérieures au diamètre du tube, pour livrer le sperme à l'ovule cible. Le tube pollinique doit rester intact tout au long de ce voyage, mais doit ensuite s'ouvrir exactement au bon moment et au bon endroit lorsqu'il arrive à la cible pour libérer le sperme pour la fécondation. Éclater trop tôt ou ne pas éclater quand cela devrait être dévastateur pour la reproduction."

Les deux équipes de recherche ont découvert que les récepteurs et RALF4 et 19 sont nécessaires pour maintenir l'intégrité du tube pollinique pendant le processus de croissance. Ils montrent également que RALF34, exprimé de la femelle, facilite le processus d'éclatement, ainsi que certains facteurs connus et d'autres non encore identifiés. Ils montrent comment ces molécules interagissent entre elles, illustrant un « mécanisme de communication intrigant » entre le mâle et la femelle pour produire des graines, dit Cheung.

Elle ajoute, "En montrant comment les récepteurs et leurs ligands fonctionnent ensemble pour assurer le succès de la reproduction, notre travail éclaire l'un des processus les plus mystérieux de la biologie."

La communauté de recherche en reproduction végétale a pour tradition de nommer des gènes importants de la mythologie ancienne, dit le biologiste. Par exemple, un gène sur lequel son groupe travaille également, FÉRONIA, porte le nom de la déesse romaine de la fertilité. Les chercheurs ont nommé les nouveaux facteurs Bouddha en papier sceau 1 et 2 d'après un conte chinois sur un singe vilain retenu sous un rocher pendant 400 ans par un sceau en papier charmé. Quand un bon moine passant par là a brisé le sceau, le singe éclata, c'est ce à quoi les scientifiques se sont souvenus lorsqu'ils ont vu comment le tube pollinique explose pour libérer le sperme et permettre la fécondation.

Ce travail s'inscrit dans la continuité des nombreuses années de recherche en reproduction végétale du groupe Cheung-Wu, surtout sur FERONIA, un récepteur lié aux BUPS et aux ANXUR qui joue un rôle majeur dans le contrôle de la fertilité des plantes femelles dans le développement et dans la gestion des stress environnementaux.

"C'est en fait très intéressant, " dit Cheung. " Le tube pollinique transporte les spermatozoïdes vers les cellules cibles féminines. FERONIA y attend l'arrivée du tube pollinique. BUPS, ANXUR, RALF 4 et 10 dans le tube pollinique s'assurer que le tube n'éclate pas trop tôt, mais attendez qu'il atteigne la cellule femelle cible. Là, le tube éclate brusquement, une action contrôlée par FERONIA et en partie médiatisée par un ensemble différent de RALF, libérer le sperme au bon moment et au bon endroit."

L'équipe a utilisé une combinaison de génétique inverse, approches biochimiques et biophysiques pour ce travail, en collaboration non seulement avec le groupe chinois, mais aussi impliqué des enquêteurs du Brésil, Allemagne, les États-Unis et le Mexique. Cheung dit que le réseau de coordination de la recherche de la National Science Foundation des États-Unis en biologie intégrative du pollen, dont elle est la principale enquêteuse, a fourni le catalyseur et le forum qui ont stimulé ces interactions internationales.

Elle ajoute, "Je tiens à souligner ce travail en tant que collaboration. Nous et le groupe de l'Université de Pékin, des collègues proches ayant des intérêts communs, travaillé en parallèle sur certains des sujets de cet article sans connaître les efforts des uns et des autres. Un jour, lors d'une discussion, nous avons découvert que nous avions des résultats communs, mais chaque groupe avait également généré des observations uniques et développé des idées distinctes, nous avons donc décidé de fusionner nos efforts et de publier conjointement."

Elle ajoute, "Dans mon esprit, ce type de collaboration est probablement le meilleur type d'interaction scientifique. En tant que scientifiques, nous valorisons notre indépendance et notre créativité. Même avec des résultats communs, notre pensée pourrait diverger, amener chaque équipe à approfondir ses recherches dans différentes directions, arriver à des points finaux qui se complètent. Cette collaboration n'est pas une affaire d'expertises différentes, mais une question d'intérêt commun et de curiosité qui nous a emmenés dans différentes directions qui se sont finalement retrouvées dans une histoire complète."