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Solving the tangled ontogenesis of the stem for sustainable crops

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La hauteur et la forme des végétaux sont-elles génétiques?

La forme et la hauteur d’une plante peuvent avoir un impact considérable sur le rendement des cultures. Mais ces caractéristiques peuvent-elles être régulées en manipulant les gènes de la plante? Deux chercheurs entendent le découvrir.

Alimentation et Ressources naturelles

La hauteur d’une plante a un impact considérable sur le rendement des cultures. Les cultures hautes étant plus vulnérables au vent et à la pluie sont donc plus susceptibles de tomber, réduisant ainsi le rendement global. Afin d’atténuer ce risque, les scientifiques ont créé des cultures plus petites en recourant à des modifications dans un groupe de gènes appelés DELLA. Alors que ces mutations ont permis d’améliorer les rendements, elles ont également entraîné quelques effets secondaires indésirables, comme une sensibilité accrue aux conditions sèches durant la germination des graines. «Ce dont nous avons besoin, c’est de mieux comprendre les gènes qui contrôlent la hauteur que peut atteindre une plante», explique Rafael Garcia Tavares, titulaire d’une bourse Marie Skłodowska-Curie et rattaché au John Innes Centre, un centre d’excellence international dans la science, la génétique et la microbiologie des végétaux. «De telles connaissances nous permettraient de créer de nouvelles manières plus précises d’améliorer la forme des végétaux», ajoute Robert Sablowski, qui dirige le département de biologie cellulaire et du développement du John Innes Centre. Grâce au projet SOS-CROPS, financé par l’UE, Rafael Garcia Tavares et Robert Sablowski entendent développer ces connaissances. Le projet s’est intéressé au gène ATH1, qui contrôle l’élongation de la tige dans le modèle végétal Arabidopsis thaliana, une petite plante en fleurs connue également sous le nom d’Arabette des dames. «Nous savions déjà qu’en modifiant le moment et le lieu d’expression de ce gène, nous pourrions empêcher la croissance de la tige», explique Rafael Garcia Tavares. «Ce projet entendait comprendre le fonctionnement d’ATH1 et examiner si ces modifications dans la région de régulation du gène pouvaient être utilisées pour modifier la hauteur de la plante.»

Le réglage localisé de la croissance de la plante

Les chercheurs ont d’abord prévu de réduire la hauteur de la plante en modifiant la région de régulation d’ATH1. En théorie, cela augmenterait son expression durant le développement de la tige, produisant ainsi une plante plus petite avec peu d’effets secondaires. Mais, comme c’est souvent le cas dans la recherche scientifique, les choses ne se sont pas passées comme prévu. «L’idée n’a pas fonctionné», fait remarquer Rafael Garcia Tavares. «Cela a montré que la régulation d’ATH1 est plus complexe que nous l’avions initialement pensé.» Mais tout n’était pas perdu. L’équipe est retournée au laboratoire pour étudier le fonctionnement d’ATH1. Selon Robert Sablowski, ce travail de laboratoire a mené à de nouvelles informations précieuses sur la manière dont ATH1 modifie la forme d’une plante grâce à des changements localisés dans sa réponse aux signaux environnementaux. «Les organes végétaux s’étirent en réponse à la lumière et aux signaux hormonaux, et ATH1 agit localement pour empêcher cette réponse», explique-t-il. «Nous avons également découvert que les gènes ATH1 et DELLA convergent pour empêcher la croissance de la tige», ajoute Rafael Garcia Tavares. «L’action combinée des deux gènes est ce qui pousse Arabidopsis à avoir sa forme de rosette caractéristique, avec des feuilles très proches du sol, au lieu de la forme allongée observée chez nombre de ses proches Brassica.» En s’appuyant sur cette découverte, Rafael Garcia Tavares et Robert Sablowski étudient désormais comment la variation chez ATH1 peut avoir contribué à la variété de formes de plantes observées chez les Brassicas, qui comprennent les choux, le chou-fleur et le colza oléagineux.

Bâtir une carrière scientifique

Ce projet nous a non seulement permis de mieux comprendre la manière dont les gènes affectent la croissance des végétaux, mais il a également fait avancer la carrière de Rafael Garcia Tavares. «Le programme Actions Marie Skłodowska-Curie a fortement contribué à mes perspectives pour l’avenir, me permettant d’acquérir d’importantes compétences professionnelles et une expérience qui me seront extrêmement utiles pour trouver un poste de chercheur indépendant», relève-t-il. Rafael Garcia Tavares ajoute qu’il prévoit de poursuivre ses recherches sur le développement des végétaux et l’architecture des pousses. «Mon objectif ultime est de faire progresser la science et la technologie des végétaux vers une agriculture plus durable», conclut-il.

Mots‑clés

SOS-CROPS, plante, rendement des cultures, cultures, gènes, DELLA, science des végétaux, génétique, gène ATH1

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