Le greffage est une technique horticole utilisée depuis l’Antiquité pour propager des arbres ornementaux et fruitiers, son application étant étendue à la culture maraîchère au cours des dernières décennies. L’établissement de l’union du greffon, qui repose sur la cicatrisation des plaies, l’adhésion cellulaire et la connexion vasculaire, est au cœur de son succès.
En général, les plantes ayant des relations génétiques étroites ont un taux de réussite du greffage plus élevé, mais des études récentes ont montré que les espèces ayant des relations génétiques éloignées ont également un potentiel de greffage. Cela a donné naissance à des greffes interfamiliales acceptant des partenaires (iPAG), qui notamment chez l’espèce Nicotiana, forment des ponts de xylème similaires à certaines combinaisons plantes-hôtes parasites.
Les éléments trachéaires (ET), les principaux composants du xylème, jouent un rôle essentiel dans le transport de l’eau et des nutriments. Cependant, il reste encore un défi à établir certaines connexions, comme le phloème de Nicotiana iPAG. Par conséquent, l’étude des bases moléculaires de la formation du xylème au niveau de la jonction du greffon est essentielle pour la réalisation du greffage interfamilial.
En avril 2023, Recherche horticole a publié un document de recherche intitulé « Les gènes de Nicotiana benthamiana XYLEM CYSTEINE PROTEASE facilitent la formation d’éléments trachéaux lors de greffes interfamiliales« .
Dans cette étude, Nicotiana benthamiana a été greffée sur la tige d’inflorescence d’Arabidopsis (Nb/At) en tant que combinaison de greffe interfamiliale réussie, la contrastant avec les greffes incompatibles de Glycine max et d’Arabidopsis (Gm/At). Les observations environ 14 jours après le greffage (DAG) ont montré la formation de ponts de xylème entre le greffon et le porte-greffe dans le greffon Nb/At, avec des greffons et la nouaison, alors qu’ils ne l’étaient pas dans les greffons Gm/At.
Notamment, des ET avec des motifs en spirale ont été observés dans les greffons Nb/At. Après avoir inhibé la formation de TE avec l’acide 2,3,5-triiodobenzoïque (TIBA), il a été constaté que la croissance des scions était également inhibée après 14 DAG. Ces résultats indiquent que la croissance des scions dépend de la formation de novo TE et de la reconnexion du xylème. En outre, la recherche a étudié le mécanisme moléculaire à la base de la formation du xylème lors de la greffe en examinant la transcription des gènes.
VND1-VND7 sont des facteurs de transcription maîtres connus pour initier les processus de formation du xylème chez Arabidopsis. L’étude a déterminé que la formation du xylème commençait vers 3 JAG et progressait avec le temps. Les modèles d’expression des gènes liés à la formation du xylème ont ensuite été examinés. Les greffes Nb/At ont montré une expression accrue des quatre gènes homologues de VND7 chez N. benthamiana, indiquant leur importance dans la formation du xylème à la limite de la greffe. En revanche, les greffons Gm/At présentaient des niveaux d’expression variables parmi les gènes homologues de VND7.
Une analyse plus approfondie du réseau de gènes utilisant l’analyse du réseau de corrélation génique pondérée (WGCNA) et l’analyse du réseau bayésien a mis en évidence un module central de gènes essentiels à la différenciation du xylème lors de la greffe. Une découverte importante a été celle des gènes NbXCP, qui sont cruciaux pour la formation de novo TE lors de la greffe. L’analyse de l’expression de GUS a été réalisée dans Nb/At et il a été constaté que l’expression de GUS était concentrée dans le TE de cal nouvellement généré au niveau du greffon.
Les mutants double knock-out de NbXCP1 et NbXCP2 produits à l’aide du système CRISPR/Cas9 ont montré des défauts de digestion cellulaire dans les TE souches différenciées par rapport au type sauvage (WT). Le taux de survie a diminué dans les greffons Nbxcp1;Nbxcp2/At, tandis que les greffons NbXCP1-OX/At avaient tendance à augmenter. Enfin, l’étude a également révélé que VND7 peut se lier au promoteur NbXCP1, affectant ainsi son expression et affectant ainsi la formation du xylème.
En conclusion, cette étude a élucidé le rôle crucial des connexions du xylème dans la réussite du greffage interfamilial en explorant les bases moléculaires de la formation du xylème au niveau de la jonction du greffon. Grâce à des analyses du transcriptome et du réseau de gènes, des modules de gènes responsables de la formation de TE, liés à la différenciation des cellules du xylème et à la réponse immunitaire, ont été découverts.
Notamment, les fonctions des gènes de Nicotiana benthamiana XYLEM CYSTEINE PROTEASE (NbXCP) dans la formation de TE ont été validées, soulignant leur rôle dans l’amélioration du taux de croissance post-greffe et de la taille des fruits. Ces résultats présentent des implications significatives pour l’optimisation des techniques de greffage et l’amélioration de la résilience des plantes. Les recherches futures pourront approfondir l’interaction entre la formation du xylème et l’immunité des plantes, offrant ainsi des percées potentielles dans les méthodologies de greffage.
Plus d’information:
Chaokun Huang et al, Les gènes de Nicotiana benthamiana XYLEM CYSTEINE PROTEASE facilitent la formation d’éléments trachéaux lors de greffes interfamiliales, Recherche horticole (2023). DOI : 10.1093/hr/uhad072