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Image gauche : racine latérale se développant normalement à partir de la racine primaire d’Arabidopsis thaliana. Image droite : segment de racine couvert de bourgeons induits. © Inra, Philippe Rech

Quand une racine devient une tige, ou comment des organes végétaux changent d’identité

Au cours de sa croissance, la plante déploie tiges et racines, des organes qui se développent selon des patrons différents. Des chercheurs de l’Inra, de l’UPMC et de l’ENS ont mis en évidence que, chez la plante modèle Arabidopsis thaliana, des racines peuvent être transformées en tige et inversement, à la faveur d’une conversion impliquant des cellules souches de ces organes. L’étude de ce phénomène, publiée dans la revue Development le 28 mars 2017, ouvre la voie à des méthodes innovantes pour la multiplication végétative de plantes d’intérêt.

Mis à jour le 15/06/2017
Publié le 28/03/2017

Chez les plantes, au terme de la germination, les organes naissent d’amas cellulaires indifférenciés, nichés dans des structures qui prolifèrent indéfiniment, les méristèmes. Au fil de leurs divisions et de leur grossissement, ces cellules quittent le méristème et forment différents types d’organes : des racines issues de méristèmes situés dans la partie inférieure de l’embryon, et des tiges issues de méristèmes apicaux. Les mécanismes moléculaires impliqués dans les toutes premières phases de la différenciation des organes et les facteurs qui déterminent leur identité sont, à ce jour, encore peu caractérisés alors que leur connaissance est essentielle en biologie végétale.

De la racine à la tige, une conversion possible à certains stades de développement

Combinant des approches cytologiques, moléculaires et génomiques, des chercheurs de l’Inra, de l’UPMC et de l’ENS ont mis en évidence que des méristèmes de racines latérales de la plante modèle Arabidopsis thaliana, sur lesquels est appliquée une hormone végétale impliquée dans la genèse des organes, la cytokinine, sont rapidement convertis en bourgeons. Cette conversion est d’autant plus efficace que les méristèmes de racines sont traités à un stade précis et précoce de leur développement.

L’identité des jeunes organes est étonnamment plastique

Les scientifiques ont mis en évidence que la conversion de la racine en tige débute par un ralentissement des divisions cellulaires au cœur du méristème racinaire, suivi par le recrutement des cellules souches de ce méristème en vue de la formation du bourgeon qui remplace la jeune racine. Les bouleversements cellulaires observés lors de cette conversion s’accompagnent de modifications de l’expression des gènes : les gènes impliqués dans le développement de la tige sont activés au contraire de ceux concernés par le développement de la racine qui sont inactivés.

Ils ont également démontré que l’identité de l’organe en devenir reste incertaine pendant les quelques jours qui suivent immédiatement la conversion. Selon les conditions de culture, cet organe peut continuer à croître en tant que tige ou redevenir une racine, témoignant de la grande plasticité des programmes d’organogenèse chez les végétaux.

L’ensemble de ces résultats montre de façon très claire que la conversion d’un méristème de racine latérale en un méristème de tige passe par un changement d’état rapide et coordonné des cellules, sans prolifération, phénomène connu sous le nom de transdifférenciation. De telles tiges peuvent être ensuite enracinées puis plantées en terre où elles croissent et produisent des graines.

Depuis les années 50, les méthodes de culture in vitro ont contribué à propager du matériel végétal à des fins commerciales ou scientifiques. Mode atypique de formation de nouveaux organes, la conversion pourrait être mise à profit pour développer de nouvelles méthodes de multiplication végétative de plantes d’intérêt.

Contact(s)
Contact(s) scientifique(s) :

  • Pierre Hilson (01 30 83 30 49) Institut Jean-Pierre Bourgin (Inra, AgroParisTech, ELR CNRS)
Contact(s) presse :
Inra service de presse (01 42 75 91 86)
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Biologie et amélioration des plantes
Centre(s) associé(s) :
Versailles-Grignon

Référence

Olga Rosspopoff, Liudmila Chelysheva, Julie Saffar, Lena Lecorgne, Delphine Gey, Erwann Caillieux, Vincent Colot, François Roudier, Pierre Hilson, Richard Berthomé, Marco Da Costa, and Philippe Rech. Direct conversion of root primordium into shoot meristem relies on timing of stem cell niche development. Development, March 28, 2017.