Du gène à l’architecture végétale

Les biologistes du développement partagent un même rêve : découvrir un gène qui permette de façonner un organisme. Des chercheurs de l’Inra, de l’École normale supérieure (ENS) de Lyon, du CNRS et de l’Institut Max Planck de Postdam, en Allemagne peuvent s’enorgueillir d’avoir réussi. Ils ont démontré qu’empêcher des enzymes d’interagir avec le cytosquelette induit un changement profond de l’architecture d’Arabidopsis thaliana : Ses tiges ne sont plus longilignes mais enroulées.
La cellulose est la matière qui donne la raideur aux plantes. Extrêmement rigide, elle est comparable à de l’acier. Elle est produite par la cellulose synthase (CESA) qui suit les rails de microtubules, grâce à la médiation de CSI1 (CESA interactive protein 1), pour orienter la chaîne de glucides. Chez A. thaliana, ce système garantit des parois cellulaires droites et des tiges longitudinales. Or l’étude de plants où le gène csi1 est inactivé montre une torsion dans les tiges. La CESA reste liée à la membrane plasmique mais n’interagit plus avec les microtubules. En théorie, elle peut alors se déplacer librement et produire une cellulose sans orientation précise. Les chercheurs français et allemands démontrent qu’une nouvelle organisation apparaît : la cellulose forme un chaîne hélicoïdale donc les tours sont parfaitement réguliers.
Selon Olivier Hamant, chercheur Inra au sein de l’ENS Lyon, « on imagine que cette régularité est à la fois liée à la chiralité de la cellulose et à un effet combinant la rigidité de la chaîne glucidique à la croissance de la cellule ».
Ces recherches mettent en valeur une approche multi-échelle reliant les aspects moléculaires à l’organisation structurale de l’organisme. Elles proposent aussi une explication à l’existence d’espèces tortueuses, comme le liseron Convolvulus arvensis. Enfin, elles ouvrent des perspectives pour l’élaboration de biomatériaux, les tiges vrillées n’ayant pas les mêmes propriétés mécaniques que les longilignes.

Landrein B et al. (2013) Curr Biol 23, 1-6

© Inra/Benoît Landrein
Sur une tige vrillée de C. arvensis, l’ancrage des feuilles est altéré.