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Amborella trichopoda et la recherche à Lyon

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Amborella trichopoda et la recherche à Lyon

Amborella trichopoda est un arbuste endémique de Nouvelle-Calédonie. Il peut atteindre 8 m de haut et se développe dans les forêts humides entre 100 et 1000 m d’altitude. Dans l'équipe Évolution et Développement de la Fleur du laboratoire de Reproduction et Développement des Plantes (RDP) à l’Ecole Normale Supérieure (ENS) de Lyon, nous étudions l’évolution et le développement de plusieurs plantes à fleur, dont Amborella trichopoda. Via une collaboration avec l’Institut Agronomique Néo-Calédonien (IAC) et l’Université de la Nouvelle-Calédonie (UNC), nous avons obtenu des plants d’Amborella trichopoda que nous avons multipliés par bouturage.

Fleurs mâles et femelles d'Aborella trichopoda
© A. Andres-Robin 

Amborella trichopoda, la sœur des autres Plantes à fleurs actuelles

Dans notre équipe de recherche, un de nos objectifs principaux est de comprendre quels mécanismes ont pu conduire à l’apparition des Angiospermes ou Plantes à fleurs au cours de l’évolution. Les Angiospermes actuelles forment un groupe monophylétique* c’est-à-dire qu’elles partagent toutes le même ancêtre commun (Figure 1). Les Plantes à fleurs sont le groupe frère* des Gymnospermes actuelles qui contiennent par exemple les Conifères ou encore le Ginkgo. Pour comprendre les événements précoces qui sont à l’origine des Plantes à fleurs, nous avons besoin d’informations sur le dernier ancêtre commun des Plantes à fleurs. Or d’après la plupart des phylogénies* actuelles (Angiosperm Phylogeny Website), Amborella trichopoda est décrite comme étant l’espèce sœur (c’est-à-dire le groupe frère* composé d’une seule espèce) de toutes les autres Plantes à fleurs actuelles (Figure 1). Ainsi, en comparant Amborella trichopoda avec les autres Plantes à fleurs pour lesquelles nous avons de nombreuses données (par exemple la Brassicacée modèle Arabidopsis thaliana), nous pouvons avoir des informations sur l’état du dernier ancêtre commun de toutes les Plantes à fleurs actuelles. La position phylogénétique unique d’Amborella trichopoda en tant qu’espèce sœur de toutes les autres Plantes à fleurs vivantes fait de cette espèce un modèle irremplaçable pour les études du développement et de l’évolution des plantes.

Un génome séquencé

Nos recherches sur l’origine des Plantes à fleurs sont menées à l’échelle moléculaire : nous essayons de comprendre quels changements dans les gènes ou dans leur fonctionnement ont pu mener, au cours de l’évolution, à l’apparition des Plantes à fleurs. Dans cette optique, Amborella trichopoda possède un autre avantage majeur qui fait de cette plante un modèle incontournable pour nos recherches : son génome a été entièrement séquencé en 2013 (Amborella Genome Project) : nous avons donc accès à la séquence de tous les gènes d’Amborella trichopoda. Cette avancée technologique majeure permet de travailler plus rapidement sur les gènes et leur évolution grâce à des méthodes informatiques.

Amborella trichopoda et la compréhension de l’origine du gynécée

Pour nos recherches, l’utilisation des outils informatiques sur le génome d’Amborella nous a permis d’identifier des gènes connus pour être importants dans le développement du gynécée (la structure reproductrice femelle qui est composé d'organes spécifiques des Plantes à fleurs, les carpelles). Nous utilisons maintenant des méthodes de biologie moléculaire pour comprendre comment fonctionnent ces gènes chez Amborella trichopoda. Par exemple, nous essayons de comprendre comment les protéines codées par ces gènes sont capables de se fixer à l’ADN du génome pour contrôler son fonctionnement dans les cellules et ainsi mener à la formation du gynécée chez Amborella. Nous pourrons ensuite comparer ces données avec celles connues chez Arabidopsis thaliana et ainsi avoir une idée de la manière dont fonctionnaient les gènes impliqués dans le développement du gynécée chez le dernier ancêtre commun des Plantes à fleurs.

Amborella trichopoda, une plante dioïque.

Amborella est une plante dioïque, c’est-à-dire que les fleurs mâles et femelles sont portées par des individus différents. Les fleurs, organisées en inflorescences complexes basées sur un type cyme, se développent à l’aisselle des feuilles. Les fleurs mâles, de 4 à 5 mm de diamètre, présentent 9 à 11 tépales verts à jaunes et 11 à 22 étamines de forme triangulaire organisées en spirale. Les fleurs femelles, de 3 à 4 mm de diamètre, présentent de 7 à 8 tépales verts à jaunes, 1 à 2 staminodes* et un gynécée composé de 5 carpelles séparés (Endress and Igersheim, 2000). Les staminodes, de forme triangulaire, se développent correctement mais ne produisent pas de pollen fertile. Les carpelles, en forme d’urne, possèdent chacun un ovule unique. Ils produisent une sécrétion à leur apex permettant de réceptionner les grains de pollen.

Chez les Angiospermes, les espèces portant des fleurs hermaphrodites sont largement majoritaires (90%) alors que les espèces dioïques représentent environ 6% des Angiospermes. La dioécie est présente chez des espèces appartenant à différentes familles ce qui suggère que l’ancêtre commun des angiospermes possèderait des fleurs bisexuelles et que l’apparition de la dioécie résulterait de plusieurs événements évolutifs indépendants (Ainsworth, 2000). Dans le monde vivant, la formation d'individus de sexes différents peut être induite par des facteurs environnementaux (ex, température d'incubation des œufs pour les tortues) ou par des facteurs génétiques (ex, chromosomes sexuels de l'espèce humaine). Chez une cinquantaine d’espèces de plantes dioïques, des chromosomes sexuels ont été identifiés, bien que la détermination du sexe puisse, également, être associée à un ou plusieurs gènes portés par des autosomes, chromosomes non-sexuels (Ming et al., 2011). Les chromosomes sexuels peuvent être morphologiquement différenciés (hétéromorphes) ou plus ou moins indifférenciés (homomorphes). Ces différents stades de différenciation des chromosomes sexuels pourraient refléter des étapes intermédiaires de la formation des chromosomes sexuels. En collaboration avec l'équipe Sexe et Évolution du Laboratoire de Biométrie et de Biologie Évolutive de l'Université Lyon 1, nous travaillons à l'identification du mode de détermination du sexe, et de la présence de chromosomes sexuels chez Amborella trichopoda. Ces travaux apporteront, du fait de la position phylogénétique d’Amborella, de précieuses informations sur l’évolution de la détermination du sexe et sur la formation des chromosomes sexuels au cours de l'histoire des Plantes à fleurs.

Du fait de sa position phylogénétique, de la connaissance de son génome et de sa dioécie, Amborella trichopoda est une espèce irremplaçable pour les travaux de recherche sur le développement et l'évolution des Plantes à fleurs. Nos collaborations avec la Nouvelle-Calédonie, nous ont permis d'obtenir des plantes d'Amborella qui constituent un matériel biologique précieux pour nos études. Nous sommes donc très heureux de pouvoir partager et maintenir ce matériel au Jardin botanique du Parc de la Tête d'Or où Amborella pourra s'épanouir !

 

LEXIQUE

Angiosperme : plante à fleurs

Autosome : chromosome non-sexuel

Groupe frère : en phylogénie, deux groupes descendants d’un même ancêtre commun et formant un groupe monophylétique complet.

Groupe monophylétique : groupe comprenant un ancêtre commun et l’ensemble de tous ses descendants avec lequel ils partagent donc des caractères dérivés propres.

Phylogénie : étude des relations de parentés entre les êtres vivants et méthode de classification des espèces selon ces critères de parentés.

Staminode : étamine stérile


Figure 1 : Phylogénie simplifiée des Plantes à graines. (MA : Millions d’années. Les chiffres entre parenthèses indiquent le nombre d’espèces approximatif dans chaque groupe.)

 


Bibliographie :
Ainsworth, C. (2000). Boys and girls come out to play: The molecular biology of dioecious plants. Ann. Bot. 86, 211–221.

Amborella Genome Project. (2013). The Amborella Genome and the Evolution of Flowering Plants, Science, 342 : 1467-+

Angiosperm Phylogeny Website http://www.mobot.org/MOBOT/research/APweb/

Endress P. K., and Igersheim A. (2000). The reproductive structures of the basal angiosperm Amborella trichopoda (Amborellaceae). International Journal of Plant Sciences 161: S237–S248.

5 Ming, R., Bendahmane, A., and Renner, S. (2011). Sex chromosomes in land plants. Annual Review of Plant Biology 62, 485‐514.


Auteurs : Amélie ANDRES-ROBIN (post-doctorante CNRS), Aurélie VIALETTE-GUIRAUD (post-doctorante ENS Lyon) et Charlie SCUTT (Directeur de Recherche au CNRS, Laboratoire RDP)
 

 

Dernière modification : 07/03/2017 10:50