L’initiation de la division cellulaire et la formation des embryons

Comme le nom l’indique, l’initiation de la division cellulaire (Figure 1.3b) est l’étape ou la microspore opère une succession de divisions mitotiques, et ce à l’intérieur de la paroi cellulaire de la microspore. À terme, la paroi cellulaire de la microspore

se brise et une masse globulaire nommée « structure multicellulaire » s’observe. Cette structure multicellulaire s’engage dans une différenciation cellulaire programmée pour former des structures embryogéniques. À l’étape de la formation des embryons, une série de divisions cellulaires asymétriques donne lieu à la différenciation d’une stèle vasculaire, un axe apical-basal et d’un épiderme (Maraschin et al. 2005). Sur le plan de la régulation génique, ces deux phases développementales sont difficiles à distinguer comme les gènes sont exprimés aux deux. Cela dit, une catégorie de gènes clés a été identifiée pour initier la division cellulaire (Maraschin et al. 2005; Nowak et Gaj 2016). Ce sont les facteurs de transcription (FT). Mieux décrit en embryogenèse somatique, il semble qu'un ensemble de FT membres des familles MYB, MADS, AP2/ERF, bHLH, C2H2, WRKY, NAC et HB soient impliqués dans l'induction de l’embryogenèse (Nowak et Gaj 2016). Je ne passerai pas en revue tous ces FT. Je prendrai pour exemple les gènes BABY BOOM (BBM), LEAFY COTYLEDON (LEC1, LEC2 et FUS3), WUSCHEL (WUS) et AGAMOUS-like 15 (AGL15).

Le gène BBM est membre de la famille AINTEGUMENTA-LIKE (AIL) et code un TF ayant un domaine protéique AP2/ERF (Nowak et Gaj 2016). BBM est connu pour s’exprimer dans les tissus en division et impliqué dans différents processus de développement incluant l'embryogenèse (Boutilier et al. 2002; Nowak et Gaj 2016). BBM a d’abord été décrit chez les structures multicellulaires du colza (Boutilier et al. 2002) en androgenèse puis ensuite chez A. thaliana en embryogenèse somatique (Tsuwamoto et al. 2010). Un homologue proche de BBM, AINTEGUMENTA-like 5 (AIL5) est exprimé dans les embryons en développement et les embryons (Radoeva and Weijers 2014). Tous deux, ces gènes sont capables d'induire la formation d'embryons lorsqu'il sont surexprimés de manière ectopique (Boutilier et al. 2002; Radoeva et Weijers 2014). Fait intéressant, Boutilier et al. (2002) rapportent que cette embryogenèse spontanée ne fonctionne pas lorsque la feuille-hôte a dépassé un certain stade de développement et de différenciation cellulaire. Ce résultat montre qu'un état cellulaire peu différencié est nécessaire pour que BBM déclenche la voie de développement embryogénique. Cela renforce l’idée qu'une période de

dédifférenciation cellulaire doit précéder pour induire l’embryogenèse dans les systèmes biologiques de l'androgenèse et de l’embryogenèse somatique.

Initialement décrits dans le système de l’embryogenèse zygotique chez A. thaliana, les FT LEC1, LEC2 et FUS3 ont été observés et décrits en embryogenèse somatique à certains stades de développement embryogénique (Harada, 2001). Comme les gènes BBM et AIL5, la surexpression de LEC1 et LEC2 déclenche une embryogenèse somatique des tissus végétatifs (Maraschin et al. 2005), mais pas FUS3. Harada (2001) a proposé que les gènes LEC jouent un rôle régulateur clé pour coordonner les transitions de la phase d'acquisition des compétences embryogéniques à la phase de morphogenèse et de maturation de l'embryogenèse.

Le gène WUS est un FT membre de la famille homeobox normalement exprimé dans le centre organisateur du méristème apical avec pour fonction de maintenir les cellules méristématiques adjacentes dans un état indifférencié (Mayer et Jürgens 1998 ; Mayer et al. 1998; Schoof et al. 2000 ; Radoeva et Weijers 2014). Il semble jouer un rôle essentiel dans le maintien des cellules en état de prolifération et dans la réactivité aux autres signaux de développement (Gallois et al. 2002; Smertenko et Bozhkov 2014; Nowak et Gaj 2016) de même que dans la transition végétative-embryonnaire en embryogenèse somatique chez A. thaliana (Zuo et al. 2002; Smertenko et Bozhkov 2014). Chez les plantes surexprimant WUS, la formation d'embryons somatiques est induite comme pour BBM, LEC1 et LEC2. Membre de la famille des FT au domaine MADS, AGL15, a été rapporté comme étant transloqué dans le noyau au début des divisions cellulaires au cours de l'embryogenèse zygotique et somatique, de l'apomixie et de l'androgenèse (Perry et al. 1999; Maraschin et al. 2005). Ce FT agit à la fois comme un activateur et un répresseur de la transcription (West et al. 1997; Nowak et Gaj 2016) et semble augmenter le développement de l’embryon en embryogenèse somatique (Nowak et Gaj 2016). Contrairement aux précédents FT, AGL15 ne semble pas induire l’embryogenèse à lui seul. Il est connu pour augmenter la capacité à induire

l’embryogenèse en réponse aux autres déclencheurs et s’exprimer principalement chez l’embryon en développement (Heck et al. 1995; Radoeva et Weijers 2014). Ma revue de littérature relève que l’étude transcriptomique la plus exhaustive portant sur la microspore engagée dans la voie embryogénique est celle faite par Seifert et al. (2016). Parmi les FT décrits en embryogenèse zygotique ou somatique, seuls les homologues des gènes BBM et AIL5 ont été rapportés en androgenèse chez le blé. Il est intéressant de noter que, tous deux, ce sont des FT membres de la famille AP2/ERF. Parmi l’ensemble des études portant sur l’androgenèse, indifféremment des espèces, nous n’avons observé aucune mention de l’expression des gènes AGL15, LEC1, LEC2, FUS3 ou WUS alors qu’ils jouent un rôle majeur en embryogenèse somatique. Ce constat pose une interrogation. Cela est-il dû à une incapacité quelconque de détecter ces FT ou bien n’ont-ils pas de rôle actif dans le système biologique l’androgenèse?

Fait intéressant, l’application ectopique de BBM ou de WUS induit l’embryogenèse somatique sans aucun ajout de régulateur de croissance au milieu de culture chez A. thaliana (Zuo et al. 2002 ; Boutilier et al. 2002 ; Nowak et Gaj 2016). Pourtant, le développement somatique d’un embryon est induit par les régulateurs de croissance chez la majorité des espèces, y compris A. thaliana (Mordhorst et al. 1997; Mordhorst et al. 1998; Boutilier et al. 2002). Boutilier et al. (2002) suggère que BBM pourrait agir en stimulant la production des hormones ou en augmentant la sensibilité des cellules à ces substances. Depuis, ces FT membres de la famille AIL et WUS sont connus pour moduler l’expression de régulateurs de croissance impliqués dans le développement (auxine) de l’embryon et la signalisation (auxine, acide abscissique, acide gibbérellique et acide jasmonique) (Nowak et Gaj 2016). Ce résultat montre un étroit noeud interactif entre ces FT et les métabolismes hormonaux. Nous n’avons trouvé aucune étude transcriptomique donnant une vue d’ensemble de l’expression de ces FT ou des régulateurs de croissance chez une même espèce en androgenèse.