Une équipe de recherche tchéco-allemande, dirigée par le Dr André Marques de l'Institut Max Planck de recherche sur l'amélioration des plantes de Cologne, la Pr Christiane Ritz du Musée d'histoire naturelle Senckenberg de Görlitz et le Dr Aleš Kovačík de l'Institut de biophysique de l'Académie tchèque des sciences, a réalisé une avancée majeure dans l'étude de la reproduction de l'églantier. Cette étude révèle le rôle crucial des différences de taille des centromères – sites d'ancrage centraux des chromosomes – dans les modes de transmission chromosomique exceptionnels de ces plantes. À terme, ces découvertes pourraient ouvrir la voie au développement de plantes cultivées plus robustes.
L'églantier ( Rosa canina ) est de loin l'églantier le plus répandu en Europe centrale. Ses fruits, appelés cynorrhodons, sont utilisés de multiples façons, des infusions aux poudres anti-démangeaisons. « Mais cette plante n'est pas seulement belle à regarder et utile à bien des égards, elle a aussi développé un mode de reproduction particulier », explique la professeure Christiane Ritz du Musée d'histoire naturelle Senckenberg de Görlitz. Elle poursuit : « Alors que la plupart des plantes et des animaux possèdent deux jeux de chromosomes, l'églantier en possède cinq. Cela complexifie sa reproduction. Un nombre impair de chromosomes entraîne souvent la stérilité chez de nombreuses plantes, car les chromosomes ne peuvent s'apparier et se répartir équitablement lors de la méiose, la formation des ovules et des spermatozoïdes. »
Mais au cours de leur évolution, les rosiers canins ont développé une solution ingénieuse qui leur permet d'atteindre une reproduction sexuée stable. Lors de ce que l'on appelle la méiose canine, ou hétérogamie équilibrée, seuls deux des cinq jeux de chromosomes de la plante s'apparient régulièrement et sont transmis par les ovules et le pollen. Les trois autres jeux restent non appariés, dits univalents, et sont transmis exclusivement par l'ovule, sans être altérés. « La plante combine ainsi reproduction sexuée et clonale », explique le Dr André Marques, de l'Institut Max Planck de recherche en sélection végétale de Cologne. « Bien que ce système de reproduction soit connu depuis plus de 100 ans, on en savait peu sur les mécanismes de cette méthode. Le rôle des centromères – les régions chromosomiques centrales importantes pour la distribution lors de la division cellulaire – était également mal connu. Dans notre étude, nous avons examiné les génomes de rosiers canins pentaploïdes – des plantes possédant cinq jeux complets de chromosomes – à haute résolution, jusqu'au niveau des jeux de chromosomes individuels et de leurs origines. »
L'objectif des chercheurs était de découvrir ce qui permet aux rosiers de transporter leurs chromosomes non appariés dans l'ovule – un processus jusqu'alors mal compris. Les scientifiques ont trouvé la réponse dans la structure des centromères, les segments d'ADN où les fibres fusiformes se fixent lors de la division cellulaire. Les fibres fusiformes font partie d'un appareil qui déplace les chromosomes pendant la mitose et la méiose afin d'assurer une répartition uniforme des chromosomes entre les cellules filles.
« Notre analyse de trois espèces différentes d'églantier pentaploïde a révélé que leurs chromosomes univalents possèdent des centromères remarquablement grands, présentant de multiples répétitions d'une séquence d'ADN spécifique à l'églantier. Ces centromères plus grands fixent également une plus grande quantité de la protéine CENH3, qui joue un rôle clé dans la fixation du fuseau mitotique », explique le Dr Aleš Kovačík de l'Institut de biophysique de l'Académie tchèque des sciences. Ceci suggère que la taille du centromère pourrait être un facteur crucial pour assurer la préservation de chromosomes spécifiques lors de la division cellulaire asymétrique. « En modifiant la taille et la force de leurs centromères, ces plantes peuvent littéralement influencer la transmission des chromosomes », ajoute Marques.
« La coexistence simultanée de la reproduction sexuée et clonale au sein d'un même génome – contrôlée par des différences de structure centromérique – est un mécanisme biologique fascinant. Cette découverte ouvre non seulement de nouvelles perspectives sur le monde fascinant de la génétique végétale, mais a également des implications pratiques pour la sélection », ajoute Ritz. De nombreuses plantes cultivées possèdent plus de deux jeux de chromosomes. Cela rend leur reproduction sujette aux erreurs, mais peut également présenter des avantages tels qu'une plus grande résilience. Une meilleure compréhension de la reproduction de l'églantier pourrait permettre d'exploiter ces avantages de manière ciblée et de stabiliser la fertilité des espèces végétales polyploïdes. Marques conclut : « Nos résultats pourraient ouvrir de nouvelles perspectives pour le développement de cultures plus robustes à long terme. »
publication originale
Les centromères bimodaux des cynorrhodons pentaploïdes éclairent leur méiose unique | Nature
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