Croissance du maïs : l'identité génétique d'une zone clé identifiée

Les céréales représentent la base de notre système agricole. Les grandes quantités de nutriments qui sont stockées dans leurs grains fournissent environ 60% de la nourriture consommée par l’humanité. A ce titre, le maïs est la première céréale consommée dans le monde. Comprendre la structure du grain de maïs et les processus complexes mis en jeu lors de sa croissance constitue donc un enjeu agro-économique important.

Un dialogue entre poupées russes

Le grain de maïs est organisé en poupées russes. L’embryon qui contient la future plante est entouré de l’albumen, un tissu nourricier, lui-même entouré de téguments protecteurs. La croissance de l’embryon est dépendante des flux de nutriments qui transitent à travers la graine et nécessite une communication étroite entre ses différents compartiments. Ces processus ont un impact très important sur la taille, la structure et la qualité du grain.

Transportés par la sève, les nutriments doivent atteindre l’embryon depuis les téguments et à travers l’albumen. Un transfert rendu possible par la spécificité des cellules de l’albumen. Leur morphologie faite d’invaginations augmente les surfaces d’échanges entre cellules à la manière des cellules épithéliales de l’intestin des animaux. Le déplacement des nutriments en est ainsi facilité. En revanche, les cellules de l’albumen à l’interface avec l’embryon n’ont pas cette morphologie particulière.

Dans ce contexte, une équipe de recherche du laboratoire de reproduction et de développement des plantes (ENS Lyon / Université Claude Bernard Lyon 1 / CNRS / INRAE) a étudié les profils de gènes exprimés dans ce sous-tissu de l’albumen appelé EAS (Endosperms Adjacent to Scutellum). Cette étude a conduit à la description d’une nouvelle zone de l’albumen qui, à défaut d’identité morphologique, a une identité génétique propre.

  Schéma d'une vue en coupe d'un grain de maïs - crédit Nicolas Doll

Une identité génétique propre des cellules de l’EAS

Parmi les gènes spécifiquement exprimés dans l’EAS, un grand nombre code pour des transporteurs, des protéines impliquées dans des flux de molécules. Ces transporteurs pourraient ainsi être impliqués dans un flux de nutriments qui permet l’approvisionnement de l’embryon.

Par ailleurs, les auteurs ont montré que cette interface est dynamique au cours du temps. Au fur et à mesure que l’embryon grandit, les cellules de l’EAS à son contact meurent, libérant ainsi de l’espace pour sa croissance. En remplacement, des cellules « normales » de l’albumen adoptent l’identité de l’EAS, si bien que cette zone perdure dans le temps.

Enfin, la mise en place de l’EAS est fortement dépendante de l’embryon car en absence d’embryon dans le grain, l’identité de l’EAS ne se met que partiellement en place. Un dialogue entre l’embryon et l’albumen est ainsi requis pour une mise en place correcte de ce tissu. 

 

Un nouveau tissu qui reste à comprendre

Bien que l’existence et la dynamique de ce nouveau tissu soient désormais connues, les fonctions de celui-ci ne sont pour l’instant qu’au stade d’hypothèses. De nombreux travaux doivent encore être réalisés pour comprendre à quel point cette interface est importante pour la bonne croissance de l’embryon et quels sont les flux de molécules générés par les transporteurs qui y sont produits. La réponse à ces questions permettra de mieux comprendre la nutrition de l’embryon et les rapports qu’il entretien avec l’albumen.
 

 [1] Laboratoire reproduction et développement des plantes

Référence 

Doll NM, Bovio S, Gaiti A, Marsollier AC, Chamot S, Moussu S, Widiez T, Ingram GC. The Endosperm-Derived Embryo Sheath Is an Anti-adhesive Structure that Facilitates Cotyledon Emergence during Germination in Arabidopsis. Current Biology (2020)