Une étude révèle les secrets de la régénération des plantes

Les plantes ont la capacité unique de se régénérer entièrement à partir d’une cellule somatique, c’est-à-dire une cellule ordinaire qui ne participe généralement pas à la reproduction. Ce processus implique la formation de novo (ou nouvelle) d’un méristème apical de la pousse (SAM) qui donne naissance aux organes latéraux, qui sont essentiels à la reconstruction de la plante.

Au niveau cellulaire, la formation de SAM est étroitement régulée par des régulateurs positifs ou négatifs (gènes/molécules protéiques) qui peuvent induire ou restreindre la régénération des pousses, respectivement. Mais quelles molécules sont impliquées ? Existe-t-il d’autres niveaux de réglementation qui restent à découvrir ?

Pour chercher des réponses aux questions ci-dessus, un groupe de recherche dirigé par l’Institut des sciences et technologies de Nara (NAIST), au Japon, a étudié le processus chez Arabidopsis, une plante couramment utilisée dans la recherche génétique. Leurs recherches, qui ont été publiées dans Avancées scientifiques—identifié et caractérisé un régulateur négatif clé de la régénération des pousses.

Ils ont démontré comment le gène WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX 13 (WOX13) et sa protéine peuvent favoriser la fonction non méristématique (sans division) des cellules calleuses en agissant comme un répresseur transcriptionnel (au niveau de l’ARN), impactant ainsi l’efficacité de la régénération.

« La recherche de stratégies pour améliorer l’efficacité de la régénération des pousses chez les plantes a été longue. Mais les progrès ont été entravés car les mécanismes de régulation associés n’étaient pas clairs. Notre étude comble cette lacune en définissant une nouvelle voie de spécification du destin cellulaire », explique Momoko. Ikeuchi, le chercheur principal de cette étude.

Des études antérieures de l’équipe avaient déjà établi le rôle de WOX13 dans la réparation des tissus et l’adhésion des organes après greffe. Par conséquent, ils ont d’abord testé le rôle potentiel de ce gène dans le contrôle de la régénération des pousses chez un mutant wox13 d’Arabidopsis (plante avec WOX13 dysfonctionnel) à l’aide d’un système de culture tissulaire en deux étapes.

L’analyse phénotypique et d’imagerie a révélé que la régénération des pousses était accélérée (trois jours plus rapide) chez les plantes dépourvues de WOX13, et plus lente lorsque l’expression de WOX13 était induite. De plus, chez les plantes normales, WOX13 a montré des niveaux d’expression localement réduits dans SAM. Ces résultats suggèrent que WOX13 peut réguler négativement la régénération des pousses.

Pour valider leurs découvertes, les chercheurs ont comparé les mutants wox13 et les plantes de type sauvage (normales) en utilisant le séquençage de l’ARN à plusieurs moments. L’absence de WOX13 n’a pas considérablement modifié l’expression des gènes d’Arabidopsis dans des conditions induisant des callosités. Cependant, les conditions induisant des pousses ont considérablement amélioré les altérations induites par la mutation wox13, entraînant une régulation à la hausse des gènes régulateurs du méristème des pousses.

Fait intéressant, ces gènes ont été supprimés dans les 24 heures suivant la surexpression de WOX13 dans les plantes mutantes. Dans l’ensemble, ils ont découvert que WOX13 inhibe un sous-ensemble de régulateurs du méristème des pousses tout en activant directement les gènes modificateurs de la paroi cellulaire impliqués dans l’expansion et la différenciation cellulaires. Le séquençage ultérieur de l’ARN unicellulaire basé sur Quartz-Seq2 (scRNA-seq) a confirmé le rôle clé de WOX13 dans la spécification du sort des cellules calleuses pluripotentes.

Cette étude met en évidence que contrairement à d’autres régulateurs négatifs connus de la régénération des pousses, qui ne font qu’empêcher le passage du cal vers SAM, WOX13 inhibe la spécification SAM en favorisant l’acquisition de destins alternatifs. Il réalise cette inhibition grâce à un circuit de régulation mutuellement répressif avec le régulateur WUS, favorisant le destin cellulaire non méristématique en inhibant transcriptionnellement WUS et d’autres régulateurs SAM et en induisant des modificateurs de la paroi cellulaire.

De cette manière, WOX13 agit comme un régulateur majeur de l’efficacité de la régénération. « Nos résultats montrent que l’élimination de WOX13 peut favoriser l’acquisition du destin des pousses et améliorer l’efficacité de la régulation des pousses. Cela signifie que l’élimination de WOX13 peut servir d’outil dans l’agriculture et l’horticulture et stimuler la régénération des pousses de novo médiée par la culture tissulaire des cultures. » conclut Ikeuchi.