Image : Les méthodes traditionnelles de régénération des plantes nécessitent l'utilisation de régulateurs de croissance tels que les hormones, qui peuvent être spécifiques à chaque espèce et nécessiter beaucoup de travail. Dans une nouvelle étude, des scientifiques ont développé un nouveau système de régénération végétale en régulant la fonction et l'expression des gènes impliqués dans la dédifférenciation (prolifération cellulaire) et la redifférenciation (organogenèse) des cellules végétales. Voir plus
Les méthodes traditionnelles de régénération des plantes nécessitent l’utilisation derégulateurs de croissance des plantestel quehormones, qui peuvent être spécifiques à l'espèce et nécessiter beaucoup de travail. Dans une nouvelle étude, des scientifiques ont développé un nouveau système de régénération végétale en régulant la fonction et l'expression de gènes impliqués dans la dédifférenciation (prolifération cellulaire) et la redifférenciation (organogenèse) des cellules végétales.
Les plantes constituent depuis de nombreuses années la principale source de nourriture pour les animaux et les humains. Elles servent également à extraire divers composés pharmaceutiques et thérapeutiques. Cependant, leur mauvaise utilisation et la demande alimentaire croissante soulignent la nécessité de nouvelles méthodes de sélection végétale. Les progrès de la biotechnologie végétale pourraient résoudre les futures pénuries alimentaires en produisant des plantes génétiquement modifiées (GM) plus productives et plus résistantes au changement climatique.
Naturellement, les plantes peuvent régénérer des plantes entièrement nouvelles à partir d'une seule cellule « totipotente » (une cellule pouvant donner naissance à plusieurs types cellulaires) en se dédifférenciant et en se redifférenciant en cellules aux structures et fonctions différentes. Le conditionnement artificiel de ces cellules totipotentes par culture de tissus végétaux est largement utilisé pour la protection des plantes, la sélection, la production d'espèces transgéniques et la recherche scientifique. Traditionnellement, la culture de tissus pour la régénération végétale nécessite l'utilisation de régulateurs de croissance des plantes (GGR), tels que les auxines et les cytokinines, pour contrôler la différenciation cellulaire. Cependant, les conditions hormonales optimales peuvent varier considérablement selon l'espèce végétale, les conditions de culture et le type de tissu. Par conséquent, créer des conditions d'exploration optimales peut être une tâche longue et laborieuse.
Pour surmonter ce problème, la professeure agrégée Tomoko Ikawa, en collaboration avec la professeure agrégée Mai F. Minamikawa de l'université de Chiba, le professeur Hitoshi Sakakibara de l'école supérieure de sciences bio-agricoles de l'université de Nagoya et Mikiko Kojima, technicienne experte du RIKEN CSRS, ont développé une méthode universelle de contrôle des plantes par la régulation. Expression de gènes de différenciation cellulaire « régulés par le développement » (DR) pour obtenir la régénération des plantes. Publiés dans le volume 15 de Frontiers in Plant Science le 3 avril 2024, les travaux de recherche du Dr Ikawa ont été approfondis : « Notre système n'utilise pas de PGR externes, mais plutôt des gènes de facteurs de transcription pour contrôler la différenciation cellulaire, similaire aux cellules pluripotentes induites chez les mammifères. »
Les chercheurs ont exprimé de manière ectopique deux gènes DR, BABY BOOM (BBM) et WUSCHEL (WUS), issus d'Arabidopsis thaliana (plante modèle) et ont examiné leur effet sur la différenciation en culture tissulaire de tabac, de laitue et de pétunia. BBM code un facteur de transcription qui régule le développement embryonnaire, tandis que WUS code un facteur de transcription qui maintient l'identité des cellules souches dans la région du méristème apical de la pousse.
Leurs expériences ont montré que l'expression de BBM ou de WUS d'Arabidopsis seule n'est pas suffisante pour induire la différenciation cellulaire dans les tissus foliaires du tabac. En revanche, la coexpression de BBM fonctionnellement amélioré et de WUS fonctionnellement modifié induit un phénotype de différenciation autonome accéléré. Sans utilisation de la PCR, les cellules foliaires transgéniques se sont différenciées en cals (masse cellulaire désorganisée), en structures vertes ressemblant à des organes et en bourgeons adventifs. L'analyse par réaction en chaîne par polymérase quantitative (qPCR), une méthode utilisée pour quantifier les transcrits génétiques, a montré que l'expression de BBM et de WUS d'Arabidopsis était corrélée à la formation de cals et de pousses transgéniques.
Considérant le rôle crucial des phytohormones dans la division et la différenciation cellulaires, les chercheurs ont quantifié les concentrations de six phytohormones, à savoir l'auxine, la cytokinine, l'acide abscissique (ABA), la gibbérelline (GA), l'acide jasmonique (JA), l'acide salicylique (SA) et leurs métabolites dans les cultures végétales transgéniques. Leurs résultats ont montré que les concentrations d'auxine active, de cytokinine, d'ABA et d'acide salicylique inactif augmentent à mesure que les cellules se différencient en organes, soulignant ainsi leur rôle dans la différenciation cellulaire et l'organogenèse végétales.
De plus, les chercheurs ont utilisé le transcriptome par séquençage d'ARN, une méthode d'analyse qualitative et quantitative de l'expression génétique, pour évaluer les profils d'expression génétique dans des cellules transgéniques en différenciation active. Leurs résultats ont montré que les gènes liés à la prolifération cellulaire et à l'auxine étaient enrichis en gènes différentiellement régulés. Un examen plus approfondi par qPCR a révélé que les cellules transgéniques présentaient une augmentation ou une diminution de l'expression de quatre gènes, dont ceux qui régulent la différenciation, le métabolisme, l'organogenèse et la réponse auxine des cellules végétales.
Globalement, ces résultats révèlent une approche nouvelle et polyvalente de la régénération végétale, ne nécessitant pas d'application externe de PCR. De plus, le système utilisé dans cette étude pourrait améliorer notre compréhension des processus fondamentaux de la différenciation cellulaire végétale et optimiser la sélection biotechnologique des espèces végétales utiles.
Soulignant les applications potentielles de ses travaux, le Dr Ikawa a déclaré : « Le système présenté pourrait améliorer la sélection végétale en fournissant un outil permettant d'induire la différenciation cellulaire des cellules végétales transgéniques sans recourir à la PCR. Ainsi, avant que les plantes transgéniques ne soient acceptées comme produits, la société accélérera la sélection végétale et réduira les coûts de production associés. »
À propos de la professeure agrégée Tomoko Igawa La Dre Tomoko Ikawa est professeure adjointe à l'École supérieure d'horticulture, au Centre des sciences moléculaires des plantes et au Centre de recherche spatiale en agriculture et horticulture de l'Université de Chiba, au Japon. Ses recherches portent sur la reproduction sexuée et le développement des plantes, ainsi que sur la biotechnologie végétale. Ses travaux portent sur la compréhension des mécanismes moléculaires de la reproduction sexuée et de la différenciation des cellules végétales à l'aide de divers systèmes transgéniques. Elle a publié plusieurs articles dans ces domaines et est membre de la Société japonaise de biotechnologie végétale, de la Société botanique du Japon, de la Société japonaise de sélection végétale, de la Société japonaise de physiologie végétale et de la Société internationale pour l'étude de la reproduction sexuée des plantes.
Différenciation autonome de cellules transgéniques sans utilisation externe d'hormones : expression de gènes endogènes et comportement des phytohormones
Les auteurs déclarent que la recherche a été menée en l’absence de toute relation commerciale ou financière qui pourrait être interprétée comme un conflit d’intérêt potentiel.
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Date de publication : 22 août 2024