Création d’un motif de veines de type C4 dans le riz en manipulant les niveaux de RACINE COURTE et d’auxine

Les plantes C4 se distinguent par une structure foliaire unique connue sous le nom d’anatomie de Kranz, caractérisée par des cellules de la gaine du faisceau vasculaire interne et des cellules mésophylles externes. Cet arrangement spécialisé confère aux plantes C4 plusieurs avantages par rapport aux plantes C3, notamment des taux de photosynthèse plus élevés et une efficacité supérieure d’utilisation de l’azote et de l’eau.

Cette structure de Kranz définit non seulement les feuilles des plantes C4, mais représente également une caractéristique essentielle dans la transition de la photosynthèse C3 à C4. L’augmentation de la densité des faisceaux vasculaires a longtemps été considérée comme une étape initiale clé dans l’évolution des plantes C4. Cependant, les mécanismes de régulation régissant la densité des nervures des feuilles restent insaisissables.

Le gène SHR code pour un facteur de transcription dont il a déjà été démontré qu’il régule le développement du cortex racinaire et la formation de nodules chez les légumineuses. Curieusement, cette étude dévoile un nouveau rôle du SHR dans la modulation de la densité des faisceaux vasculaires dans les feuilles. Plus précisément, les mutations du gène SHR inhibent la division cellulaire du mésophylle et augmentent la densité des nervures des feuilles du riz et du maïs.

À l’inverse, la surexpression de SHR à partir de diverses espèces végétales (y compris la luzerne, le riz et le maïs) stimule fortement la division cellulaire du mésophylle et réduit considérablement la densité des nervures des feuilles du riz et du maïs. De plus, les protéines SHR se localisent à la fois dans les cellules de la gaine du faisceau et dans les cellules du mésophylle du riz et du maïs, avec une expression native accrue de SHR récapitulant le phénotype des lignées de surexpression de SHR.

Ces résultats indiquent une relation inverse entre l’abondance des protéines SHR et la densité des nervures des feuilles. De plus, le traitement à l’auxine exogène améliore la formation de nervures foliaires dans le riz. Curieusement, en augmentant simultanément les niveaux de SHR et d’auxine dans les feuilles de riz, les chercheurs ont réussi à créer une structure veineuse de type C4 dans le riz.

De nombreuses études antérieures ont montré que les niveaux de SHR et d’auxine connaissent une augmentation significative dans les tissus C4 par rapport aux tissus C3. En combinaison avec les résultats de cette étude, les auteurs proposent que la régulation positive synergique du SHR et de l’auxine pourrait être le principal moteur du passage des modèles de faisceaux vasculaires C3 à C4 chez les monocotylédones.

D’un point de vue évolutif, des augmentations concomitantes du SHR et de l’auxine auraient pu conférer à la fois une croissance améliorée des cellules du mésophylle et des taux de différenciation veineuse accélérés chez les monocotylédones C4 par rapport aux ancêtres C3.

En résumé, ces résultats mettent en lumière l’interaction antagoniste entre le SHR et l’auxine, fournissant des informations essentielles sur la formation des veines C4 et ouvrant potentiellement une voie passionnante pour améliorer l’efficacité photosynthétique des cultures C3.

La recherche est publié dans la revue Bulletin scientifique.