Déconstruire les parois : l’élimination cellulaire à l’origine des graines

L’évolution de la graine trouve son origine dans une modification du destin cellulaire du nucelle, le tissu sporophytique responsable de la méiose femelle. Les graines sont apparues lorsque les plantes ont retenu leurs spores femelles à l’intérieur du tissu maternel, le nucelle, au lieu de les libérer dans l’environnement. Cette innovation évolutive a imposé l’élimination d’une partie du nucelle pour laisser place à la croissance du gamétophyte femelle puis, chez les angiospermes, de l’albumen, le tissu de réserve qui nourrit l’embryon. Contrairement à la plupart des programmes de mort cellulaire, qui préservent la paroi, cette élimination s’accompagne d’un démantèlement apparent de la paroi cellulaire. Jusqu’ici, ce processus n’avait été décrit qu’au niveau morphologique ; ses bases moléculaires restaient inconnues. 

Chez la plante modèle arabidopsis, l'élimination du nucelle débute par une modification de la paroi : la déméthylestérification de l'homogalacturonane, principale pectine pariétale. Elle est suivie de la dégradation des pectines par des pectate lyases puis de la fragmentation de l'ADN nucléaire, signature d'une mort cellulaire programmée. Le blocage de la déméthylestérification des pectines suffit à arrêter l'élimination du nucelle, démontrant un effet causal du statut des pectines sur le destin cellulaire. Le facteur de transcription TRANSPARENT TESTA 16 (TT16), apparu avec les plantes à graines, contrôle ce processus et a probablement contribué à l'évolution de la graine. Ces résultats mettent en évidence une convergence entre les animaux et les plantes dans la structure et la fonction des polysaccharides extracellulaires. Ils soulignent leur contribution primordiale dans le développement des organismes multicellulaires. Ils s’inscrivent dans l’objectif INRAE « Construction des qualités des régimes alimentaires » et dans la compréhension des mécanismes du vivant utiles à l’amélioration des plantes.

En modulant le statut de méthylestérification des pectines, il devient envisageable de contrôler le rythme d'élimination du nucelle. Comme le développement du nucelle influence la taille du grain, ces travaux ouvrent des pistes pour l'amélioration du rendement des céréales et autres graines de réserve. La même logique pourrait être exploitée pour moduler la part respective du nucelle et de l'albumen selon les espèces, et ainsi orienter la composition des graines vers les qualités recherchées.


Une recherche développée à l’Institut Jean-Pierre Bourgin - Sciences du Végétal en collaboration.