La couleur des fleurs résulte de l'accumulation de molécules pigmentaires dans les cellules, mais il ne s'agit pas simplement de produire du pigment. L'emplacement, le type de pigment et la quantité produite sont tous très importants et sont contrôlés génétiquement.
Deux groupes principaux de gènes contrôlent la couleur des fleurs. Le premier groupe comprend les gènes codant pour la machinerie protéique nécessaire à la fabrication des molécules pigmentaires. Le second groupe comprend les gènes codant pour les protéines régulatrices. Ce sont ces protéines régulatrices qui déterminent l'emplacement, le type et la quantité de machinerie productrice de pigments.
La route de l'arc-en-ciel
Dans les fleurs, les anthocyanes et les caroténoïdes sont deux des principaux types de pigments. Ils sont produits par une série de réactions chimiques au sein des cellules. Certains gènes de la couleur des fleurs codent pour la machinerie protéique directement impliquée dans ces réactions. Ces protéines, appelées enzymes, catalysent les réactions biochimiques en facilitant la fixation, le retrait ou le réarrangement des groupes chimiques d'une molécule. Pour construire une molécule de pigment, différentes enzymes effectuent des modifications spécifiques, successivement, jusqu'à ce que le produit final soit formé. Les enzymes travaillant ensemble de cette manière forment le cœur d'une voie biochimique, qui peut nécessiter des dizaines, voire des centaines d'enzymes.
Dans les fleurs, différents groupes d'enzymes collaborent pour produire des pigments anthocyaniques ou caroténoïdes. Un ensemble spécifique de gènes code pour les enzymes de la voie de biosynthèse des anthocyanes, tandis qu'un autre ensemble code pour les enzymes de la voie de biosynthèse des caroténoïdes.
Un deuxième groupe de gènes de couleur des fleurs code pour des protéines appelées facteurs de transcription. Ces protéines régulatrices contrôlent l'activité des gènes dans chaque type de cellule. Dans différents types de cellules florales, les facteurs de transcription activent ou désactivent les gènes des voies des anthocyanes et des caroténoïdes, contrôlant également le moment de leur activité. Ainsi, même si toutes les cellules florales ont le même contenu génétique, elles n'ont pas toutes la même couleur.
Les facteurs de transcription fonctionnent grâce à des commutateurs génétiques. Chaque gène est contrôlé par un ou plusieurs commutateurs, qui ne sont pas des gènes mais de petits fragments d'ADN affectant l'activité des gènes. Les facteurs de transcription se lient au commutateur d'un gène, augmentant ou diminuant ainsi son activité.
Fabriquer une fleur de singe rose et jaune
Pour illustrer cela, explorons comment la fleur de singe 'Mimulus lewisii' obtient sa couleur. Les fleurs de M. lewisii ont des pétales roses grâce aux anthocyanes et deux guides de nectar jaunes colorés par des caroténoïdes.
Dans une cellule de pétale rose, les facteurs de transcription activent les gènes de la voie de biosynthèse des anthocyanes. De nombreux gènes de cette voie possèdent un commutateur similaire, répondant donc aux mêmes facteurs de transcription. Les gènes activés produisent les enzymes protéiques qu'ils codent, et ces enzymes fabriquent le pigment anthocyane, donnant ainsi aux pétales leur couleur rose.
À ce jour, les chercheurs ont identifié trois facteurs de transcription activant les gènes de biosynthèse des anthocyanes chez M. lewisii : MIWD40a, MlANbHLH1 et PELAN. Ces trois facteurs travaillent ensemble pour activer les gènes.
Une histoire similaire explique pourquoi les guides de nectar de M. lewisii sont jaunes. Une protéine facteur de transcription appelée RCP1 est présente dans les cellules des guides de nectar, mais pas dans les autres cellules du pétale. RCP1 active les gènes dont les produits protéiques produisent des pigments caroténoïdes, rendant ainsi les guides de nectar jaunes.
Résoudre de vieilles énigmes
Grâce à nos connaissances approfondies sur la génétique des couleurs des fleurs-singes, nous pouvons utiliser ces connaissances pour orienter la recherche vers d’autres questions.
Par exemple, les chercheurs utilisent les fleurs-singes pour étudier la surdominance.
La surdominance se produit lorsque la progéniture hybride de deux parents présente des caractéristiques plus extrêmes que l'un ou l'autre des parents. Ce phénomène se produit chez de nombreuses plantes et animaux différents, mais il est très connu dans les cultures.
Les plantes hybrides ont souvent des rendements plus élevés que leurs parents « pure race ». Les agriculteurs utilisent les cultures hybrides pour améliorer les rendements depuis plus d'un siècle, sans vraiment comprendre pourquoi cela fonctionne. En savoir plus pourrait nous aider à renforcer ses effets.
Surdominance chez les Monkeyflowers
Chez la fleur de singe M. lewisii, la surdominance affecte l'intensité de la couleur des fleurs. Si deux lignées consanguines spécifiques, l'une aux pétales rose clair et l'autre aux pétales très pâles, sont croisées, la progéniture hybride est rose foncé.
Les chercheurs ont découvert que la fleur de singe rose foncé est un cas de surdominance monogénique. Elle est rose foncé parce qu'elle possède deux formes (allèles) d'un même gène. Elle en reçoit un de chaque parent.
Le gène responsable de la surdominance est la FLAVONE SYNTHASE, ou FNS. Il code pour la protéine FNS. La FNS interfère avec une enzyme de la voie de biosynthèse des anthocyanes. La FNS et l'enzyme utilisent le même matériau de construction, mais produisent des produits finaux différents.
La FNS retire le matériau de construction de la voie des anthocyanes et l'utilise pour fabriquer des flavones. Les flavones sont également importantes pour la couleur de la fleur. Une fois fabriquées, elles se lient et stabilisent les anthocyanes, empêchant leur dégradation.
Vigueur hybride chez les plantes cultivées
Chez les plantes cultivées, la vigueur hybride (ou hétérosis) décrit les descendants hybrides qui réussissent mieux que leurs parents. Pendant longtemps, la base moléculaire de ce phénomène est restée inconnue. Nous savons maintenant qu'au moins quelques cas sont dus à la surdominance d'un seul gène.
Le rendement des tomates en est un exemple. Le gène SINGLE FLOWER TRUSS (SFT) entraîne la production de la protéine florigène, une hormone qui indique aux plantes qu'il est temps de faire des fleurs.
Les plants de tomates sont très sensibles à la quantité de florigène produite. Pas assez, et ils ne produisent pas beaucoup de fleurs. Trop, et la production de fleurs ralentit ou s'arrête.
Cependant, avec une version fonctionnelle et une version non fonctionnelle du gène SFT, la protéine florigène est produite à un niveau qui permet aux plantes de produire plus de fleurs.
Avec plus de fleurs, il y a plus de tomates.
Ce blog a été écrit par @hesi_france sur Instagram
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