Une étude menée par un chercheur de l’Université d’État de Caroline du Nord a identifié des gènes impliqués dans le développement des cellules de pierre, des cellules rigides qui peuvent empêcher un insecte grignoteur de manger les branches en herbe de l’arbre à feuilles persistantes de l’épinette de Sitka. L’attaque de l’insecte a retardé la croissance de ces géants de la forêt.
Les nouvelles découvertes pourraient aider les chercheurs à sélectionner des épinettes de Sitka génétiquement améliorées et résistantes au charançon de l’épinette (Pissodes strobi).
« Nous voulions en savoir plus sur la base génétique de la résistance naturelle aux ravageurs que certaines épinettes de Sitka ont développée pour empêcher les insectes de se nourrir de la plante », a déclaré Justin Whitehill, professeur adjoint de génétique des arbres de Noël à NC State et premier auteur de l’étude. Whitehill a commencé l’étude en tant que chercheur postdoctoral à l’Université de la Colombie-Britannique, où les expériences en laboratoire ont été réalisées.
« Le trait que nous avons étudié dans l’épinette de Sitka est une défense physique connue sous le nom de cellules de pierre, que l’on trouve dans presque toutes les espèces végétales », a déclaré Whitehill. « Ils sont responsables de la texture granuleuse que vous ressentez lorsque vous mangez une poire. Le développement des cellules pierreuses est très complexe, impliquant des milliers de gènes. Nous avons identifié certaines des génétiques impliquées dans les premières étapes clés du développement de ces cellules. »
L’épinette de Sitka est un grand conifère qui pousse sur la côte ouest de la Californie à l’Alaska. Alors que l’arbre a été remplacé par d’autres espèces pour les produits du bois en Amérique du Nord en raison de sa sensibilité au charançon, il reste une espèce de bois de premier plan en Europe. De nombreux arbres cultivés sur la côte ouest pour les produits forestiers provenaient d’une population à croissance rapide qui poussait sur une île et n’étaient jamais exposés au charançon, ce qui les rendait extrêmement sensibles, a déclaré Whitehill.
Cependant, un groupe d’épinettes de Sitka résistantes a été découvert au Canada qui développe des cellules de pierre, un type de cellule rigide qui ne pousse que dans moins d’un pouce du haut des branches en herbe – la même zone où le charançon se nourrit.
« Les cellules de pierre ralentissent la progression de l’insecte et donnent le temps à la résine trouvée dans l’écorce des arbres de recouvrir l’insecte et de le rendre trop collant pour se nourrir davantage », a déclaré Whitehill. « Les cellules de pierre bloquent ces insectes alors qu’ils essaient de manger à travers la plante et les ralentissent suffisamment pour les empêcher de causer des dommages importants à l’arbre. »
Dans leur étude récente, les chercheurs ont découvert près de 1 300 gènes exprimés à des niveaux plus élevés dans les cellules pierreuses. Ils ont également identifié un gène clé qui fonctionne comme un « interrupteur principal » et est responsable de l’activation de milliers d’autres gènes connus pour contrôler le développement des cellules à paroi épaisse dans d’autres plantes.
« Cet article présente une feuille de route des gènes impliqués dans le développement des cellules pierreuses », a déclaré Whitehill. « Nous montrons qu’il est fortement contrôlé par la génétique impliquée dans les parois cellulaires secondaires. »
La clé de l’étude des chercheurs était un outil de microdissection qui utilise un laser pour couper des tranches de tissu extrêmement minuscules en sections minces. Les chercheurs ont pu couper de minuscules sections de bourgeons de branches d’épinette de Sitka en croissance active pour étudier les gènes exprimés spécifiquement dans les cellules de pierre au cours de leur formation.
Whitehill a déclaré avoir reçu un financement pour apporter une version mise à jour de cette technologie à NC State. Aujourd’hui, des chercheurs ici utilisent la microdissection au laser pour étudier les gènes du sapin Fraser, un arbre de Noël de premier plan aux États-Unis, cultivé dans l’ouest de la Caroline du Nord. Ils utilisent cette technologie pour étudier des caractéristiques importantes qui pourraient stimuler la viabilité, le parfum et la résistance aux ravageurs du sapin Fraser, un arbre dont le génome est cinq fois plus grand que celui des humains.
« Nous utilisons cette approche maintenant pour rechercher des gènes impliqués dans la résistance aux agents pathogènes et aux ravageurs, et pour comprendre les interactions écologiques complexes au niveau génétique », a déclaré Whitehill.
L’article est publié dans la revue Nouveau Phytologue.
Plus d’information:
Justin GA Whitehill et al, Caractéristiques du transcriptome du développement des cellules pierreuses dans l’épinette de Sitka résistante et sensible au charançon, Nouveau Phytologue (2023). DOI : 10.1111/nph.19103