Céréales : brouiller la régulation des cellules-souches pour booster les rendements

Les feuilles et les fleurs en formation jouent-elles un rôle régulateur sur le développement des cellules-souches d’une plante ? Si l’hypothèse planait dans le monde des botanistes, elle est désormais démontrée par les récentes recherches menées principalement par le Cold Spring Harbor Laboratory de New-York (Etats-Unis) et le Sainsbury Laboratory de l’Université de Cambridge (Royaume-Uni). Cette découverte pourrait bien booster les rendements céréaliers, car le nombre de cellules-souches dans la tige conditionne la taille de l’épi et donc le nombre de grains dans chacun d’eux.
Dans une plante, la pointe de la tige (méristème apical) concentre toutes les cellules souches de la plante ; celles-ci se divisent puis migrent sur le côté de la tige en prenant la forme de petits groupes de cellules qui deviendront les feuilles ou les fleurs. Pour la première fois, les biologistes ont prouvé que ces groupes de cellules, qui donnent les feuilles et les fleurs, communiquent avec le méristème principal, la tige, pour réguler sa taille et le développement des cellules-souches qui s’y trouvent. « Nous soupçonnions depuis longtemps une interaction entre les deux mais nous n’avions pas encore mis le doigt sur le mécanisme", avoue François Parcy, responsable de l’équipe Régulateurs du développement de la fleur à l’Institut de Biosciences et Biotechnologies de Grenoble (BIG).

Des épis de maïs beaucoup plus gros

Ce que savent déjà les chercheurs depuis longtemps, c’est que ce méristème apical est régulé, si bien qu’au cours de la vie de la plante, il conserve toujours la même taille : « Aussi étonnant que cela puisse paraître, la quantité des cellules souches est régulée de façon très fine pour rester à peu près toujours la même, indépendamment des stades de développement de la plante », précise François Parcy.
Les chercheurs connaissaient un premier mécanisme de cette régulation : pour conserver cet équilibre, la tige « communique » avec elle-même grâce à un « centre d’information » au nom barbare, Clavata-Wuschel. En revanche, toute influence des méristèmes floraux (les feuilles ou fleurs en formation sur les flancs de la pointe de la tige) sur le méristème apical demeurait un mystère. Or, les chercheurs viennent de démontrer, d’abord sur du maïs puis sur une plante modèle (Arabidopsis), l’influence capitale des organes sur ce système de régulation des cellules souches. « En perturbant le signal qui engendre cette régulation, les chercheurs ont provoqué un agrandissement de la taille de la tige et ont par exemple réussi à obtenir des épis de maïs beaucoup plus gros », explique François Parcy.

Un récepteur altéré permet un rendement deux fois plus important

Lors de sa formation, l’organe envoie un signal (FCP1) qui est perçu par un récepteur dans la tige (gène FEA3) et régule son développement. En supprimant totalement ce signal sur du maïs grâce à l’extinction du récepteur FEA3, les cellules souches prolifèrent dans l’épi et donnent lieu à un mutant foisonnant de grains et incapable de subvenir à son développement ! Mais en affaiblissant le signal sans l’éteindre complètement, les chercheurs ont constaté des épis deux fois plus gros et tout à fait viables. « Il y a un double mécanisme de régulation des cellules souches de la tige. Le premier récepteur est sensible aux signaux internes et le second à ceux venus des organes. Les deux sont très semblables, résume François Parcy. Lors de leur formation, au stade microscopique, les organes continuent d’envoyer des informations vers la tige. » Au-delà d’un mécanisme autonome de la tige, la plante bénéficie donc d’une sorte de réseau de communication interne.

Outre la portée générale indéniable de compréhension des mécanismes de développement des plantes, cette découverte ouvre la voie à des cultures aux rendements potentiels deux fois plus importants. Reste pour les chercheurs à affiner le bon « réglage » du signal afin de permettre un développement quantitatif et qualitatif des céréales.