Les plantes ont la capacité unique de se régénérer entièrement à partir d’une cellule somatique, c’est-à-dire une cellule ordinaire qui ne participe généralement pas à la reproduction. Ce processus implique la de novo (ou nouvelle) formation d’un méristème apical de pousse (SAM) qui donne naissance aux organes latéraux, qui sont essentiels à la reconstruction de la plante. Au niveau cellulaire, la formation de SAM est étroitement régulée par des régulateurs positifs ou négatifs (gènes/molécules protéiques) qui peuvent induire ou restreindre la régénération des pousses, respectivement. Mais quelles molécules sont impliquées ? Existe-t-il d’autres niveaux de réglementation qui restent à découvrir ?
Pour chercher des réponses aux questions ci-dessus, un groupe de recherche dirigé par l’Institut des sciences et technologies de Nara (NAIST), au Japon, a étudié le processus en Arabidopsis, une plante couramment utilisée dans la recherche génétique. Leur recherche-;qui a été publiée dans Avancées scientifiques-;identifié et caractérisé un régulateur négatif clé de la régénération des pousses. Ils ont démontré comment le HOMEOBOX 13 LIÉ À WUSCHEL (WOX13) et sa protéine peuvent favoriser la fonction non méristématique (sans division) des cellules calleuses en agissant comme un répresseur transcriptionnel (au niveau de l’ARN), ce qui a un impact sur l’efficacité de la régénération.
« La recherche de stratégies pour améliorer l’efficacité de la régénération des pousses chez les plantes a été longue. Mais les progrès ont été entravés car les mécanismes de régulation associés n’étaient pas clairs. Notre étude comble cette lacune en définissant une nouvelle voie de spécification du destin cellulaire », explique Momoko. Ikeuchi, le chercheur principal de cette étude.
Des études antérieures de son équipe avaient déjà établi le rôle de WOX13 dans la réparation des tissus et l’adhésion des organes après greffe. Ainsi, ils ont d’abord testé le rôle potentiel de ce gène dans le contrôle de la régénération des pousses chez un wox13 Arabidopsis mutant (plante dysfonctionnelle WOX13) à l’aide d’un système de culture tissulaire en deux étapes. L’analyse phénotypique et d’imagerie a révélé que la régénération des pousses était accélérée (3 jours plus rapide) chez les plantes dépourvues de WOX13et plus lent lorsque WOX13 l’expression a été induite. De plus, dans les plantes normales, WOX13 ont montré des niveaux d’expression localement réduits dans SAM. Ces découvertes suggèrent que WOX13 peut réguler négativement la régénération des pousses.
Pour valider leurs découvertes, les chercheurs ont comparé les wox13 mutants et plantes de type sauvage (normales) utilisant le séquençage de l’ARN à plusieurs moments. L’absence de WOX13 n’a pas considérablement modifié Arabidopsis expression génique dans des conditions induisant des callosités. Cependant, les conditions induisant des pousses ont considérablement amélioré les altérations induites par la wox13 mutation, conduisant à une régulation à la hausse des gènes régulateurs du méristème des pousses. Fait intéressant, ces gènes ont été supprimés dans les 24 heures suivant WOX13 surexpression dans les plantes mutantes. Dans l’ensemble, ils ont constaté que WOX13 inhibe un sous-ensemble de régulateurs du méristème des pousses tout en activant directement les gènes modificateurs de la paroi cellulaire impliqués dans l’expansion et la différenciation cellulaires. Le séquençage ultérieur de l’ARN unicellulaire basé sur Quartz-Seq2 (scRNA-seq) a confirmé le rôle clé de WOX13 pour préciser le devenir des cellules calleuses pluripotentes.
Cette étude met en évidence que contrairement à d’autres régulateurs négatifs connus de la régénération des pousses, qui ne font qu’empêcher le passage du cal vers le SAM, WOX13 inhibe la spécification SAM en favorisant l’acquisition de destins alternatifs. Il réalise cette inhibition grâce à un circuit de régulation mutuellement répressif avec le régulateur WUSfavorisant le destin des cellules non méristématiques en inhibant la transcription WUS et d’autres régulateurs SAM et induisant des modificateurs de paroi cellulaire. De cette façon, WOX13 agit comme un régulateur majeur de l’efficacité de la régénération. « Nos résultats montrent que l’assommage WOX13 peut favoriser l’acquisition du destin des pousses et améliorer l’efficacité de la régulation des pousses. Cela signifie que WOX13 le knock-out peut servir d’outil dans l’agriculture et l’horticulture et stimuler la régénération de pousses de novo médiée par la culture tissulaire des cultures », conclut Ikeuchi.
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