Une recette pour créer une nouvelle plante à partir d’une seule cellule différenciée

La cellule végétale (2022). DOI : 10.1093/plcell/koac218″ width=”800″ height=”523″/>

Reprogramme les protoplastes du mésophylle foliaire à un état pluripotent et restaure les pousses in vitro. A, schéma montrant les principales étapes de l’isolement des protoplastes et de l’induction de cals. Les cercles avec des lignes pointillées indiquent un gel d’alginate de sodium contenant des protoplastes. B, Images en microscopie optique d’un protoplaste de mésophylle de feuille fraîchement isolé (1), d’un protoplaste subissant une première division cellulaire (2), d’un cal dérivé de protoplaste (3–5) et d’une nouvelle pousse émergeant d’un cal dérivé de protoplaste. 6 et 7). C, Images de microscopie confocale Time-lapse d’un protoplaste de mésophylle foliaire subissant une reprogrammation de 0 à 10 cellules. Morphologie des vacuoles visualisée par VHP1-mGFP. La flèche à double tête indique la direction de l’allongement cellulaire et les pointes de flèche indiquent le plan de division cellulaire primaire. La flèche blanche met en évidence l’apparition initiale des structures de la chaîne vacuolaire. Les barres d’échelle sont de 10 μm (1 à 3 en A), 100 μm (4 à 6 en A), 1 mm (B) et 30 μm (C). Le crédit: Cellule de plante (2022). DOI : 10.1093/plcell/koac218

La recherche explorant le mystère de la façon dont certaines cellules végétales individuelles peuvent se régénérer en plantes entières bénéficiera d’un nouveau protocole de culture développé par les scientifiques du RIKEN.

Certaines plantes ont naturellement la capacité de former une plante entièrement nouvelle à partir d’une seule cellule qui ne contient ni sperme ni ovule. Mais les scientifiques peuvent transformer certains types de cellules de certaines plantes en de nouveaux types de cellules et éventuellement en cellules capables de transformer et de régénérer une plante entière.

Cependant, ils n’y parviennent que rarement car ils ne disposent pas de protocoles clairs pour guider le processus. De tels protocoles peuvent conduire à une meilleure compréhension des processus moléculaires sous-jacents à la transformation de cellules isolées en plantes, avec des implications pour la sélection végétale.

Maintenant, Keiko Sugimoto du RIKEN Sustainable Resource Science Center et ses collègues ont créé un protocole qui reprogramme de manière reproductive les cellules «protoplastes» pour réintégrer le cycle cellulaire et subir une division cellulaire.

Les protoplastes ne se trouvent pas naturellement dans les plantes; cela se produit plutôt lorsque les scientifiques retirent la paroi cellulaire de certaines cellules végétales isolées, les faisant passer d’un état différencié à un état moins différencié – un état similaire aux cellules souches de mammifères. Le nouveau protocole a reprogrammé de manière stable les protoplastes des cellules du mésophylle des feuilles pour qu’ils se régénèrent en pousses de plantes.

“Il est difficile de bien faire les choses car les protoplastes sont très vulnérables car ils n’ont pas de parois cellulaires. Ils ont besoin de suffisamment de stress pour commencer à se reprogrammer, mais si vous les endommagez trop, ils meurent”, explique Sugimoto. “Notre système a conduit à une reprogrammation stable de 2 à 5 % des protoplastes, ce qui nous aidera à commencer à démêler les mécanismes moléculaires sous-jacents de ce processus.”

Une recette pour créer une nouvelle plante à partir d'une seule cellule différenciée

Micrographie confocale à balayage laser d’un protoplaste d’un plant de tabac. Un protoplaste est une cellule végétale dont la paroi cellulaire externe dure a été retirée par traitement chimique. Les chercheurs du RIKEN ont développé un protocole pour inciter les protoplastes à réintégrer le cycle cellulaire et à subir une division cellulaire. Crédit : Haïti Paves/Science Photo Library

L’équipe a découvert le rôle important joué par l’auxine, une hormone végétale, dans l’activation de la division cellulaire. “La principale découverte, et la plus grande surprise pour nous, était que même si les protoplastes étaient cultivés dans un milieu contenant de l’auxine synthétisée artificiellement, ils devaient fabriquer une nouvelle auxine pour relancer la division cellulaire”, explique Sugimoto.

Les chercheurs ont également identifié certains des gènes et molécules en aval impliqués dans l’initiation de la division cellulaire après la synthèse de l’auxine dans les protoplastes.

Cependant, de nombreuses questions demeurent. Par exemple, dans quelle mesure la reprogrammation des protoplastes est-elle liée à la synthèse d’auxine ? Quels autres processus moléculaires sont impliqués ? Et qu’est-ce qui fait qu’une cellule adulte isolée devient une cellule moins différenciée capable de régénérer des plantes entières ?

“Répondre à ces questions peut nous permettre de régénérer des plantes transgéniques et modifiées du génome à partir de protoplastes”, déclare Sugimoto.

Cela peut également avoir des implications pour les animaux. “Les plantes sont relativement bonnes pour régénérer un corps entier à partir d’une seule cellule différenciée, mais la plupart des animaux ne le peuvent pas”, explique Sugimoto. “Nous espérons que comprendre comment les cellules végétales font cela nous aidera à découvrir pourquoi les cellules animales ne le peuvent pas.”

Les résultats des équipes sont publiés Cellule de plante.

Détails:
Yuki Sakamoto et al., L’activation transcriptionnelle de la biosynthèse de l’auxine induit une reprogrammation développementale des cellules différenciées, Cellule de plante (2022). DOI : 10.1093/plcell/koac218

Devis: Une recette pour créer une nouvelle plante à partir d’une seule cellule différenciée (8 novembre 2022) Extrait le 8 novembre 2022 de https://phys.org/news/2022-11-recipe-differentiated-cell.html.

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