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Une nouvelle technique basée sur la microscopie a été employée par des chercheurs pour observer des étapes de reproduction des plantes à fleurs jamais décrites auparavant. Les résultats obtenus révèlent des informations cruciales qui nous aideront à comprendre les différents processus impliqués.

Chez les plantes à fleurs, la reproduction se déroule dans deux organes : l’anthère, qui est l’appareil reproducteur mâle et le lieu de formation du pollen, ainsi que dans l’ovaire, l’organe reproducteur femelle contenant les ovules qui attendent d’être fécondés par contact avec un pollen.

Appelés également cellules germinales, les grains de pollen et les ovules se multiplient durant la méiose et la mitose, qui sont des processus de division cellulaire. Après leur fécondation, la cellule résultante se développera pour devenir une plante.

Bien que la dissection des plantes à fleurs au microscope ainsi que l’étude d’anomalies causées par des mutations de gènes aient été jusqu’à présent les techniques les plus employées pour étudier les différentes étapes de la division des cellules germinales et de la reproduction, elles ne fournissent aucune information sur le moment exact où cela se produit. Des questions auxquelles une équipe de chercheurs a voulu répondre en utilisant l’imagerie en temps réel.

 Des images tridimensionnelles à haute résolution

« L’imagerie en temps réel a joué un rôle déterminant dans la recherche sur la croissance et le développement des racines, mais l’imagerie des processus cellulaires au sein de la fleur est techniquement beaucoup plus difficile », a déclaré la co-auteure de l’étude Sona Valuchova, de l’Université Masaryk, en République Tchèque. « Il est nécessaire de développer des méthodes d’imagerie d’organes ou de plantes dans leur entièreté ».

Pour arriver à leur fin, Valuchova et ses collègues ont utilisé la microscopie à nappe de lumière, où les échantillons de plantes piégés dans de l’agar passaient à travers un mince plan de lumière de laser. Un détecteur produisait ensuite des données pour obtenir des images tridimensionnelles à haute résolution, permettant ainsi, grâce aux structures détaillées de la fleur imagées, de suivre le devenir d’une cellule germinale individuelle de l’intérieur.

bourgeon anthere

Projection d’intensité maximale d’une fleur coupée depuis le bourgeon, à la hauteur indiquée au-dessus. La deuxième ligne d’images montre des anthères plus en détails. Crédits : Sona Valuchova et al.

Toujours par microscopie à nappe de lumière, l’équipe a ensuite cherché à détecter des moments spécifiques de la reproduction avec des fleurs génétiquement modifiées. Les molécules impliquées dans la mitose et la méiose qu’ils désiraient observer étaient marquées par fluorescence.

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Grâce à cette stratégie, ils ont pu capturer la totalité du processus de la méiose dans les cellules germinales mâles en traçant, toutes les heures pendant quatre jours, la quantité et la localisation d’ASY1, une protéine jouant un rôle clé dans la méiose. Cela leur a également permis d’observer les différents niveaux hormonaux à chaque étape du développement, ainsi que le déplacement des chromosomes durant la division cellulaire.

image asy1 fluorescence

Imagerie d’un bourgeon floral de 0.5 mm exprimant la protéine ASY1 (ici en vert), vue sous huit angles différents. Crédits : Sona Valuchova et al.

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Observation détaillée des cellules germinales durant la division cellulaire

Le dernier objectif de leur recherche fut d’observer la production des cellules germinales femelles durant la méiose. Ce processus a souvent été négligé par le passé, car ces dernières sont plus rares que leur équivalent mâle. De plus, elles ont une forte ressemblance aux autres cellules, rendant ainsi difficile leur traçage durant la division.

L’équipe a dû mettre en place une autre méthode pour pouvoir suivre la méiose des ovules. Ils ont disséqué précautionneusement le bourgeon, révélant ainsi les ovules. Ces derniers ont ensuite été passés toutes les dix minutes (durant 24 heures) sous le laser afin d’obtenir un film 3D. Les chercheurs ont ainsi pu visualiser les deux étapes de la méiose des cellules germinales femelles, ainsi que déterminer leur durée.

« Ce travail démontre la puissance de la microscopie à nappe de lumière pour fournir de nouvelles informations sur la reproduction des plantes, qui ne pouvaient pas être étudiées auparavant par d’autres types de microscopies », déclare Karel Riha, chercheur et directeur de l’institut de technologie de l’Université Masaryk. « Notre succès dans le développement d’un protocole d’imagerie en temps réel pour la méiose femelle représente un progrès technique majeur en biologie cellulaire végétale ».

Source : eLIFE

thaliana bouton floral fluorescence

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