Une nouvelle étude dévoile un modèle évolutionnaire-biochimique novateur qui apporte un éclairage inédit sur l’auto-incompatibilité collaborative de reconnaissance du non-soi, un mécanisme génétique essentiel chez les plantes. Ce système empêche l’autofécondation tout en favorisant la fécondation croisée, crucial pour la diversité génétique. Le modèle introduit par les chercheurs met en avant des interactions moléculaires permissives, améliorant ainsi notre compréhension de la diversité génétique et de l’évolution des plantes hermaphrodites. Cette recherche enrichit notre compréhension de la biologie végétale et a des implications plus larges pour la gestion de la biodiversité et l’évolution des réseaux biologiques.
[Université Hébraïque de Jérusalem] – Une équipe dirigée par la Dre Tamar Friedlander à l’Institut Robert H. Smith des Sciences et Génétique des Plantes en Agriculture, en collaboration avec le Professeur Ohad Feldheim de l’Institut Einstein de Mathématiques, a développé un modèle évolutionnaire-biochimique révolutionnaire. Ce modèle éclaire d’un jour nouveau l’évolution de l’auto-incompatibilité collaborative de reconnaissance du non-soi chez les plantes. Il introduit un cadre théorique novateur intégrant des interactions moléculaires permissives, souvent négligées par les modèles traditionnels.
L’auto-incompatibilité est un mécanisme biologique répandu chez les plantes hermaphrodites, empêchant l’autofécondation et promouvant la diversité génétique. Ce mécanisme repose sur la reconnaissance spécifique entre deux protéines hautement diversifiées : la RNase (déterminant femelle) et le SLF (déterminant mâle). L’interaction entre ces protéines assure que seules les plantes non apparentées peuvent se féconder, maintenant ainsi un pool génétique diversifié.
Les anciens modèles d’auto-incompatibilité considéraient uniquement des interactions un-à-un entre les protéines déterminantes mâles et femelles. Le nouveau modèle permet des interactions plus complexes, où chaque protéine peut se lier à plusieurs partenaires.
© Tamar Friedlander and Amit Jangid
Le modèle proposé par la Dre Friedlander et son équipe marque une avancée majeure dans la compréhension des dynamiques évolutionnaires des protéines d’auto-incompatibilité. En autorisant des interactions permissives, où les protéines peuvent interagir avec plusieurs partenaires, le modèle s’aligne mieux avec les observations empiriques que les modèles précédents, qui supposaient des interactions strictement un-à-un. Cette permissivité permet des schémas d’interaction flexibles entre les protéines mâles et femelles, offrant de nouvelles perspectives sur leur évolution et leurs interactions au fil des générations.
« Notre recherche montre que la capacité des protéines à s’engager dans des interactions permissives est cruciale pour le maintien à long terme des systèmes d’auto-incompatibilité, » explique la Dre Friedlander. « Nous suggérons que l’état par défaut de ce système est la reconnaissance probable, nécessitant une pression évolutionnaire pour l’éviter. Cette flexibilité aide à maintenir la diversité génétique et suggère que des mécanismes similaires pourraient exister dans d’autres systèmes biologiques. »
L’étude révèle également comment les populations de plantes s’organisent spontanément en classes de compatibilité distinctes, assurant une compatibilité totale entre différentes classes tout en maintenant une incompatibilité au sein de la même classe. Le modèle prédit diverses trajectoires évolutionnaires pour la formation ou l’élimination de ces classes, basées uniquement sur des mutations ponctuelles. Les chercheurs ont analysé l’équilibre dynamique entre l’émergence et la disparition de ces classes, fournissant un modèle d’évolution durable, en utilisant des outils empiriques et théoriques issus de la mécanique statistique en physique.
© Nathan Mengisto, Faculté d’Agriculture de l’Université Hébraïque de Jérusalem
« Les perspectives issues de notre étude ont des implications profondes non seulement pour la biologie végétale, mais aussi pour la compréhension des principes fondamentaux de la reconnaissance moléculaire et de son impact sur l’évolution des réseaux biologiques, » ajoute la Dre Friedlander. « Nos découvertes pourraient également contribuer à la conservation de la biodiversité végétale. »
Cette recherche, qui met en lumière l’importance des interactions moléculaires permissives et à partenaires multiples, pourrait inspirer l’étude de ces éléments dans d’autres systèmes biologiques et aider à expliquer l’évolution de divers réseaux moléculaires complexes. L’article de recherche intitulé « Le rôle de la reconnaissance moléculaire permissive dans l’évolution de l’auto-incompatibilité basée sur la RNase chez les plantes » est disponible dans Nature Communications et peut être consulté à l’adresse suivante : https://doi.org/10.1038/s41467-024-49163-7.