Le mucilage des diaspores (fruit ou graine) est un hydrogel polysaccharidique extrudé autour de la diaspore de plusieurs espèces lors de l'imbibition. La myxodiasporie (myxocarpie ou myxospermie) désigne la capacité d'une graine ou d'un fruit à extruder du mucilage. Les espèces myxodiasporiques sont largement répandues parmi les plantes à fleurs, mais sont souvent étroitement apparentées aux espèces non myxodiasporiques. Cette répartition rend mystérieuse l'histoire évolutive de la myxodiasporie : est-ce un trait ancestral qui s'est perdu plusieurs fois ? Ou est-ce une fonctionnalité qui est apparue plusieurs fois indépendamment ? De plus, les rôles écologiques de la myxodiasporie sont très divers et semblent dépendre de l'espèce. De plus, la génétique contrôlant cette caractéristique est encore inégale, même pour les espèces modèles. En effet, la plante modèle Arabidopsis thaliana, une espèce de Brassicaceae, a été bien caractérisée pour la morphologie, le développement, la composition et la génétique de son mucilage de graine et de ses cellules sécrétrices de mucilage (CSM). Cette étude met en lumière l'évolution, la génétique et l'écologie de la myxospermie dans la famille des Brassicaceae au niveau inter- et intra-espèce.
Au niveau inter-espèces, les graines et leurs cellules épidermiques d'une trentaine d'espèces de Brassicaceae ont été comparées à celles d'A. thaliana pour étudier l'évolution de la myxospermie dans cette famille. Chaque espèce de Brassicaceae a été soigneusement phénotypée à l'échelle macroscopique (graine entière) et microscopique (CSM) avant et après imbibition. De plus, chaque gène d'A. thaliana connu pour être impliqué dans l'établissement des CSM a été suivi dans les génomes disponibles des espèces étudiées. La disponibilité de données transcriptomiques pour quelques espèces ont permis d'approfondir l'étude de ces gènes. Dans la famille des Brassicaceae, une grande diversité de structures de mucilages ont été observées à des niveaux macro et même microscopiques. D'après les données morphologiques, il semble y avoir une origine ancestrale du mucilage chez les Brassicaceae, mais elle est très différente de celle d'A. thaliana. Malgré les morphologies contrastées observées, les acteurs génétiques putatifs n'étaient pas corrélés avec le phénotype. Même pour les espèces non myxospermiques, une grande majorité des gènes orthologues de ceux des CSM d'A. thaliana étaient présents et partiellement exprimés.
Au niveau intra-espèce, 166 populations naturelles d'A. thaliana ont été analysées pour leur taille de mucilage adhérent et non adhérent. Ces populations sont originaires d'une région du sud de la France et ont des données génétiques (fréquences des polymorphismes mono-nucléotidiques (SNP)) et environnementales associées. L'association de leur phénotype de mucilage aux fréquences des SNP a permis de mettre en évidence de nouveaux gènes candidats très prometteurs impliqués dans les deux couches du mucilage d'A. thaliana. De plus, des corrélations intéressantes avec les données environnementales orientent vers de nouveaux rôles écologiques putatifs à découvrir pour le mucilage d'A. thaliana. |
Diaspore (fruit or seed) mucilage is a polysaccharidic hydrogel extruded around the diaspore of several species upon imbibition. Myxodiaspory (myxocarpy or myxospermy) designates the ability of a seed or fruit to extrude mucilage. Myxodiasporic species are widely spread among flowering plants but are often closely related to non-myxodiasporic species. This repartition makes the evolutionary history of myxosdiaspory mysterious: is it an ancestral feature which was lost several times? Or is it a feature that appeared several times independently? Additionally, the ecological roles of myxodiaspory are very diverse and seem to be species-dependent. Also, the genetics controlling this feature are still patchy, even for model species. Indeed, the model plant Arabidopsis thaliana, a Brassicaceae species, has been well characterized for the morphology, development, composition, and genetics of its seed mucilage and mucilage secretory cells (MSCs). This study sheds light on the evolution, genetics, and ecology of myxospermy in the Brassicaceae family at both inter- and intra- species level.
At inter-species level, the seeds and their epidermal cells of about thirty Brassicaceae species were compared to those of A. thaliana to investigate the myxospermy evolution in this family. Every Brassicaceae species was thoroughly phenotyped at macroscopic (whole seed) and microscopic (MSCs) scales before and after imbibition. Additionally every A. thaliana gene known to be implicated in MSCs establishment was tracked in the available genomes of the studied species. The availability of transcriptomic data for few species allowed further investigation of these genes. Among the Brassicaceae family, a wide diversity of mucilage structures was observed at macro- and even microscopic levels. Based on morphological data, there seems to be ancestral origin of mucilage in Brassicaceae, but it is very different from that of A. thaliana. Despite of the observed contrasted morphologies, the putative genetic actors were not correlated with the phenotype. Even for non-myxospermic species, a large majority of orthologous genes of those of A. thaliana MSCs were present and partially expressed.
At intra-species level, 166 natural populations of A. thaliana were analysed for their adherent and non-adherent mucilage size. These populations come from a South France region and have associated genetic (single nucleotide polymorphisms (SNPs) frequencies) and environmental data. Association of their mucilage phenotype with the SNPs frequencies lead to highlight very promising new candidate genes implicated in both mucilage layers of A. thaliana. In addition, interesting correlations with environmental data point to new putative ecological roles to be discovered for the mucilage of A. thaliana. |