Des chercheurs de l'Université de Vienne, ainsi que des collaborateurs de France, d'Allemagne, de Suisse et des États-Unis, ont réalisé une avancée majeure dans la compréhension de la manière dont les facteurs génétiques influencent l'évolution d'un mécanisme de photosynthèse spécifique chez les Tillandsia (plantes aériennes). Cela met en lumière les actions complexes qui sont à l’origine de l’adaptation des plantes et de la diversité écologique. Les résultats de leur étude sont publiés dans Plant Cell.
Certaines espèces végétales ont développé un trait d’économie d’eau appelé métabolisme acide crassulacé (CAM). Les plantes CAM, comme la plupart des espèces de Tillandsia, le genre le plus riche en espèces de la famille des ananas (Bromeliaceae), optimisent leur efficacité d'utilisation de l'eau :alors que d'autres plantes ouvrent normalement leurs stomates (minuscules pores de leurs feuilles) pendant la journée pour absorber le dioxyde de carbone pour la photosynthèse. , les usines CAM font cela la nuit et stockent du CO2 rangés pour une utilisation ultérieure, les aidant ainsi à survivre avec moins d'eau.
Ce caractère a évolué indépendamment à plusieurs reprises dans le règne végétal. Cependant, l'évolution des bases génétiques complexes de la CAM est restée insaisissable, ce qui en fait un axe de recherche en biologie évolutive.
Dans cette étude, l'équipe de recherche s'est concentrée sur une paire d'espèces de Tillandsia présentant des formes divergentes de photosynthèse (CAM vs C3), ce qui signifie que l'espèce C3 ne dispose pas d'une adaptation spécialisée aux conditions arides. En utilisant des techniques avancées pour étudier la génétique et la biochimie des plantes (par exemple, analyses des arrangements génétiques, évolution des molécules et des familles de gènes, expression différentielle temporelle des gènes et métabolites), ils ont découvert que les changements dans la régulation des gènes sont principalement responsables des mécanismes génomiques qui déterminent l'évolution des CAM dans Tillandsia.
Clara Groot Crego, du Département de Botanique et de Recherche sur la Biodiversité de l'Université de Vienne et auteur principal de l'étude, explique :« Nos résultats révèlent que même si des changements à grande échelle ont influencé le génome de Tillandsia comme celui d'autres plantes, l'ajustement du fonctionnement de la photosynthèse se produit principalement par le biais de comment les gènes sont régulés, et non en modifiant les séquences qui codent pour les protéines."
Les principales conclusions de l'étude comprennent l'identification de familles de gènes liées à la CAM subissant une expansion accélérée chez les espèces CAM. Cela met en évidence le rôle essentiel de l'évolution des familles de gènes dans la génération de nouvelles variations qui pilotent l'évolution des CAM.
Vers de nouvelles niches par évolution répétée
"Le CAM a évolué à plusieurs reprises chez différentes espèces de Tillandsia et a accéléré leur capacité à coloniser de nouvelles niches écologiques, constituant ainsi un moteur clé de la spéciation rampante observée au sein de ce groupe", explique Ovidiu Paun, du Département de botanique et de recherche sur la biodiversité de l'Université de Vienne et directeur. chercheur de l'étude.
"Nos recherches mettent en évidence l'importance potentielle de l'innovation génétique, au-delà des simples changements de paires de bases, pour favoriser la diversification écologique", ajoute Paun.
Thibault Leroy, chercheur principal à l'INRAE Toulouse, France, souligne que cette étude a des implications au-delà de la science fondamentale. "Comprendre l'évolution des CAM peut aider à développer des stratégies visant à rendre les cultures plus résilientes aux pénuries d'eau et à faire face au changement climatique."
La recherche sera étendue à davantage d'espèces de ce groupe végétal et d'autres groupes végétaux dans le cadre d'un nouveau projet collaboratif.
Plus d'informations : Clara Groot Crego et al, l'évolution de CAM est associée à l'expansion de la famille de gènes dans un rayonnement explosif de broméliacées, La cellule végétale (2024). DOI : 10.1093/plcell/koae130
Informations sur le journal : Cellule végétale
Fourni par l'Université de Vienne
