Image : Les méthodes traditionnelles de régénération végétale nécessitent l’utilisation de régulateurs de croissance, tels que des hormones, qui peuvent être spécifiques à certaines espèces et exiger beaucoup de main-d’œuvre. Dans une nouvelle étude, des scientifiques ont mis au point 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. En savoir plus
Les méthodes traditionnelles de régénération des plantes nécessitent l'utilisation derégulateurs de croissance des plantestel quehormoneCes méthodes peuvent être spécifiques à certaines espèces et nécessiter beaucoup de main-d'œuvre. Dans une nouvelle étude, des scientifiques ont mis au point 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.
Les plantes constituent depuis des siècles la principale source de nourriture pour les animaux et les humains. Elles servent également à extraire divers composés pharmaceutiques et thérapeutiques. Cependant, leur utilisation abusive et la demande alimentaire croissante soulignent la nécessité de développer de nouvelles méthodes de sélection végétale. Les progrès de la biotechnologie végétale pourraient permettre de pallier les futures pénuries alimentaires grâce à la production de plantes génétiquement modifiées (OGM) plus productives et plus résistantes au changement climatique.
Naturellement, les plantes peuvent se régénérer entièrement à partir d'une seule cellule totipotente (une cellule capable de donner naissance à plusieurs types cellulaires) par dédifférenciation et redifférenciation en cellules aux structures et fonctions variées. Le conditionnement artificiel de ces cellules totipotentes par culture de tissus végétaux est largement utilisé pour la protection des plantes, la sélection variétale, 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 végétaux (RCV), 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, la mise au point de conditions optimales peut s'avérer longue et complexe.
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 doctorale des sciences bio-agricoles de l'Université de Nagoya et Mikiko Kojima, technicienne experte du RIKEN CSRS, ont mis au point une méthode universelle de contrôle des plantes par régulation. Cette méthode repose sur l'expression de gènes de différenciation cellulaire « régulés par le développement » (DR) pour permettre la régénération des plantes. Publiés dans le volume 15 de Frontiers in Plant Science le 3 avril 2024, les travaux de recherche de la professeure Ikawa sont décrits plus en détail par cette dernière : « Notre système n'utilise pas de régulateurs de croissance végétaux externes, mais des gènes de facteurs de transcription pour contrôler la différenciation cellulaire, à l'instar des cellules pluripotentes induites chez les mammifères. »
Les chercheurs ont exprimé de manière ectopique deux gènes DR, BABY BOOM (BBM) et WUSCHEL (WUS), d'Arabidopsis thaliana (utilisée comme plante modèle) et ont examiné leur effet sur la différenciation tissulaire du tabac, de la laitue et du pétunia. BBM code pour un facteur de transcription qui régule le développement embryonnaire, tandis que WUS code pour un facteur de transcription qui maintient l'identité des cellules souches dans la région du méristème apical caulinaire.
Leurs expériences ont montré que l'expression d'Arabidopsis BBM ou WUS seule ne suffit pas à 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 recours à la PCR, les cellules foliaires transgéniques se différencient en cals (amas cellulaires désorganisés), en structures vertes de type organoïde et en bourgeons adventifs. L'analyse par PCR quantitative (qPCR), une méthode utilisée pour quantifier les transcrits de gènes, a montré que l'expression d'Arabidopsis BBM et de WUS est corrélée à la formation de cals et de pousses transgéniques.
Compte tenu du 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 ses métabolites, dans des plantes transgéniques. Leurs résultats ont montré que les concentrations d'auxine active, de cytokinine et d'ABA, ainsi que de GA inactive, augmentent à mesure que les cellules se différencient en organes, soulignant ainsi leur rôle dans la différenciation cellulaire et l'organogenèse chez les plantes.
De plus, les chercheurs ont utilisé le séquençage d'ARN pour analyser les transcriptomes, une méthode d'analyse qualitative et quantitative de l'expression génique, afin d'évaluer les profils d'expression génique dans des cellules transgéniques présentant une différenciation active. Leurs résultats ont montré que les gènes liés à la prolifération cellulaire et à l'auxine étaient surreprésentés parmi les gènes différentiellement régulés. Une analyse plus poussée par qPCR a révélé que les cellules transgéniques présentaient une expression augmentée ou diminuée de quatre gènes, notamment des gènes régulant la différenciation cellulaire, le métabolisme, l'organogenèse et la réponse à l'auxine chez les plantes.
Globalement, ces résultats révèlent une approche nouvelle et polyvalente de la régénération végétale qui ne nécessite pas l'application externe de la 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 d'espèces végétales utiles.
Soulignant les applications potentielles de ses travaux, le Dr Ikawa a déclaré : « Le système décrit pourrait améliorer la sélection végétale en fournissant un outil permettant d’induire la différenciation cellulaire de cellules végétales transgéniques sans recourir à la PCR. Ainsi, avant même que les plantes transgéniques ne soient commercialisées, la société pourra accélérer la sélection végétale et réduire les coûts de production associés. »
À propos de la professeure agrégée Tomoko Ikawa : Tomoko Ikawa est professeure adjointe à l'École doctorale d'horticulture, au Centre des sciences moléculaires des plantes et au Centre de recherche en agriculture spatiale et horticulture de l'Université de Chiba, au Japon. Ses recherches portent sur la reproduction sexuée et le développement des plantes, ainsi que sur les biotechnologies végétales. Ses travaux visent à comprendre les mécanismes moléculaires de la reproduction sexuée et de la différenciation cellulaire végétale grâce à différents systèmes transgéniques. Elle est l'auteure de plusieurs publications dans ces domaines et membre de la Société japonaise de biotechnologie végétale, de la Société botanique du Japon, de la Société japonaise d'amélioration des plantes, 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 pouvant être interprétée comme un conflit d'intérêts potentiel.
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Date de publication : 22 août 2024