Les scientifiques découvrent un mécanisme végétal jusqu’alors inconnu – et son impact pourrait être énorme

Les scientifiques découvrent que la sortie méiotique dans Arabidopsis Conduit par l’inhibition de la traduction médiée par le corps P

Albert Cairo, Karel Reha et leurs collègues ont découvert un mécanisme non identifié auparavant pour reprogrammer l’expression des gènes lors de la transition lorsque la cellule à cellule se différencie. Le mécanisme se produit à la fin de la méiose, une division cellulaire spécialisée nécessaire à la reproduction sexuée, et permet aux cellules germinales et aux grains de pollen de se différencier.

Ce mécanisme implique la localisation dynamique des composants régulateurs essentiels dans le condensat intracellulaire ressemblant à des gouttelettes liquides. Ce processus est directement lié à la production de semences et peut fournir de nouvelles façons de générer des cultures plus durables capables de résister à des conditions environnementales difficiles. Les résultats ont été récemment publiés dans la prestigieuse revue les sciences.

Fleur de chenille des champs capturée au microscope optique. Crédit : Institut de technologie d’Europe centrale – Université Masaryk

Les cellules ne sont pas des choses statiques. Ils changent d’un type à l’autre. L’activation d’un ensemble particulier de gènes affecte la façon dont les cellules se spécialisent dans l’accomplissement de tâches spécifiques et le moment où elles se divisent ou se différencient. Des biologistes cellulaires tels qu’Albert Cairo et Karel Reha utilisent une gamme de méthodes scientifiques de pointe pour explorer le monde exact des plantes. La biologie cellulaire est actuellement en pleine révolution, la perspective traditionnelle de l’organisation cellulaire étant étendue à de nouveaux sommets.

« Nous savons maintenant que la cellule contient non seulement des organites conventionnelles définies par la membrane, mais de nombreux processus moléculaires sont confinés dans des organites moins spécifiques à la membrane, également appelés condenseurs de biomolécules (biocondensateurs). Au cours des 10 dernières années, l’importance de ces biocondensateurs a commencé à reconnaître. » Nous contribuons maintenant à ce domaine en montrant comment un type spécifique de biocondensation se forme à la fin de la méiose et inhibe la synthèse des protéines », explique Albert Cairo, premier auteur de cette recherche.

« Ceci, d’une part, met fin aux processus de méiose, mais d’autre part, cela marque le début d’une génération génétiquement différente de cellules », ajoute Cairo. Mais ce n’est pas tout. L’équipe de recherche pense que des mécanismes similaires sont également à l’œuvre dans d’autres organismes et paramètres cellulaires, y compris la différenciation cellulaire ou les réponses au stress.

La découverte par les membres du laboratoire de Karel Riha pourrait avoir un énorme impact sociétal.

Albert Caire et Karel Riha. Crédit : Institut de technologie d’Europe centrale – Université Masaryk

« Nous vivons une urgence climatique. Bien que les plantes puissent résister à un large éventail de stress, y compris les températures élevées et la sécheresse, leur croissance et leur reproduction peuvent être gravement altérées. Cela signifie que nous sommes en danger d’une réduction significative du rendement des cultures, uniquement lorsque le rendement doit être augmenté pour répondre aux besoins humains. C’est pourquoi la recherche sur les plantes devrait désormais être une priorité », explique Karel Riha, auteur correspondant et responsable du groupe de recherche.

La tâche principale du laboratoire est de faire la lumière sur les processus biologiques de base étroitement liés à la reproduction des plantes et à la formation des graines, qui, dans de nombreuses cultures, se traduisent par un rendement.

Les résultats de la recherche montrent que les condensateurs biomoléculaires jouent un rôle important dans la fertilité des plantes et que leur comportement est probablement lié au stress environnemental. Il est donc clair que notre découverte est la première étape dans le développement de nouvelles solutions qui conduisent à une production agricole durable dans des conditions extrêmes », explique Albert Cairo.

Les techniques techniques que l’équipe a dû faire sont vraiment impressionnantes, et cette recherche a été publiée dans les sciences Soyez assuré que le Laboratoire Reha va dans la bonne direction.

La route de la découverte

Etude de la méiose dans une plante modèle Arabidopsis thaliana C’est un défi particulier. L’équipe de recherche s’est concentrée sur des cellules rares et inhabituelles cachées dans de minuscules bourgeons floraux de 0,1 à 0,4 mm. De plus, les phases de la division méiotique sur lesquelles se concentre l’étude se produisent rapidement – l’ensemble du processus prend de cinq à six heures. Par conséquent, il n’est pas facile de l’attraper. L’équipe de recherche doit utiliser les dernières technologies et faire preuve de beaucoup de créativité et d’imagination pour explorer ce processus.

L’équipe de Riha a dû mettre en place des conditions d’imagerie en direct de la méiose au sein de l’autre organe (la partie de l’étamine qui contient le pollen). L’équipe a utilisé la microscopie avancée et est devenue l’un des deux laboratoires au monde capables de surveiller directement la méiose des plantes. Un autre élément d’expertise de base que l’équipe a acquis était la maîtrise de la technique des protoplastes. Les protoplastes sont des cellules végétales isolées qui ont été privées de leur paroi cellulaire environnante, ce qui les rend faciles à manipuler génétiquement et à visualiser au microscope. Cette technique a permis à l’équipe de résoudre certains problèmes plus rapidement et plus efficacement qu’en utilisant des cellules méiotiques.

Anna Vargova a apporté une contribution significative à la compréhension du mécanisme complexe nouvellement décrit. Pavlina Mikulkova a fourni son expertise et prêté sa main magique lors de l’imagerie cellulaire vivante de la méiose à l’aide d’un microscope Light-shit. L’équipe de recherche a été soutenue par la plate-forme centrale CEITEC CELLIM et la plate-forme scientifique du végétal. La recherche a duré plus de huit ans et a été financée par le projet de bourses d’études REMAP pour la jeunesse et les sports du ministère tchèque de l’Éducation. « Il serait très difficile de développer un projet aussi complexe sans le financement à long terme dont nous disposions. En fait, à un moment donné, j’ai eu l’impression que nos limites n’étaient que notre imagination, et je pense que c’était crucial pour notre long terme. découverte », déclare Albert Cairo.

Référence : « Exode méiotique dans Arabidopsis Poussé par l’inhibition de la traduction médiée par le corps P par Albert Cairo, Anna Vargova, Neha Shukla, Claudio Capitao, Pavlina Mikulkova, Sona Valuchova, Jana Pecinkova, Petra Bulankova, Karel Riha, 4 août 2022, les sciences.
DOI : 10.1126 / science.abo0904

Fait intéressant, ce projet n’incluait aucune collaboration externe, ce qui est inhabituel pour des instituts de recherche internationaux tels que le CEITEC. Dans ce cas, l’équipe de recherche entrait dans une toute nouvelle direction et la recherche a été conclue exclusivement par des membres du groupe de recherche de Karel Riha.