D’où viennent toutes ces plantes ?

Sans plantes sur terre, nous ne serions pas ici. Mais d’où viennent les plantes ? Est-ce qu’ils sont soudainement sortis de terre ? Les scientifiques se sont toujours interrogés sur l’origine de la vie végétale sur terre, et certains biologistes de l’évolution étudient comment les plantes modernes remontent à leurs ancêtres unicellulaires. Une étude de 2015 : fournit des preuves que les plantes que nous voyons tout autour de nous aujourd’hui proviennent d’une seule famille d’algues connue sous le nom de : streptophytes :.

En 2018 :, une équipe de scientifiques du Canada et d’Allemagne a voulu en savoir plus. Ils ont étudié 46 000 gènes des six principaux types de streptophytes et analysé plus de 1,64 milliard de séquences à comparer aux plantes terrestres d’aujourd’hui. Ils recherchaient des preuves de la réponse cellulaire des streptophytes au stress, comme la température froide et la lumière vive, et comment ces réponses se comparaient à Arabidopsis :une petite plante à fleurs apparentée au chou et à la moutarde. Arabidopsis : est souvent utilisée dans les études de biologie végétale comme plante modèle et a été la première plante à avoir son génome entier séquencé.

Pour étudier ces gènes, ils ont cultivé des cultures d’algues en laboratoire dans différentes conditions de stress. Ensuite, ils ont extrait leur matériel génétique et l’ont analysé avec un logiciel informatique pour voir quels gènes étaient activés ou désactivés dans ces conditions. Les scientifiques ont obtenu leurs échantillons d’algues à partir de collections de cultures établies qui maintiennent des stocks d’espèces microbiennes et algales que les chercheurs peuvent utiliser. Tous les échantillons d’algues ont été cultivés à 20 ° C (68 ° F) tout en étant exposés à 12 heures de lumière et 12 heures d’obscurité, à l’aide d’une source de lumière LED. Pour chacun des 6 groupes de streptophytes, ils ont choisi une espèce représentative : Mesostigma viride, Chlorokybus atmophyticus, Klebsormidium flaccidum, Chara globularis, Coleochaete scutata, et: Zygnéma circumcarinatum.

Cooksonia, la première plante embryophyte (silurienne) par Petr Hykš sur Flickr :

Ils ont découvert que chacune des six espèces répondait à l’énergie lumineuse à un rythme similaire dans les mêmes conditions. Ces données ont été utilisées comme mesure de base. Chaque condition témoin a été maintenue à 20°C, tandis que chaque test a été réalisé à 4°C. Les chercheurs ont d’abord baigné les algues dans de l’eau froide (4°C ou 39°F) pour induire un stress. Ensuite, ils ont exposé les algues à 6 heures de lumière, 12 heures d’obscurité et 6 heures supplémentaires de lumière.

Dans l’expérience lumineuse, les cultures d’algues ont été traitées avec cinq heures de lumière normale (50 micromoles de photons m:2 :s) et une heure de lumière vive contenant une grande quantité de longueurs d’onde bleues (600 micromoles de photons m :2 :s) à 20°C. Ensuite, le matériel génétique a été collecté six heures après que les algues aient été exposées à la lumière. Les biologistes des plantes savent que des températures plus froides ou des quantités excessives de lumière solaire envoient des signaux au noyau de la cellule, activant des gènes qui disent à la plante quoi faire ou comment s’adapter. Les scientifiques ont émis l’hypothèse que cela se produirait également avec les streptophytes.

Plutôt que de l’ADN, les chercheurs ont extrait l’ARN des cellules de chacun des 6 types d’algues. L’ARN est une copie d’une séquence d’ADN spécifique fabriquée par la cellule. Ces séquences d’ARN aident la cellule à “lire” et à “traduire” un gène en protéines ou en enzymes qui contribuent au fonctionnement de la plante ou de l’algue. En raison de cette fonction clé, l’ARN fournit un instantané dans le temps des gènes qui sont activés ou désactivés au moment où l’échantillon est collecté.

Il s’avère que nous en savons beaucoup sur la façon dont les plantes réagissent au stress dans leur environnement. Il existe des bases de données remplies d’informations génétiques provenant d’autres expériences qui ont été menées, nous donnant des informations sur les gènes activés ou désactivés et sur les protéines créées en réponse à différents stimuli. Ces bases de données fournissent essentiellement une feuille de route pour le profil génétique d’un organisme spécifique.

Après avoir été soumises à des températures froides et à des quantités extrêmes de lumière, les algues ont produit de l’ARN pour des protéines qui les aident à survivre dans ces conditions. Les chercheurs ont extrait cet ARN, l’ont converti en données qu’un ordinateur pourrait comprendre à l’aide d’un instrument de séquençage de gènes appelé HiSeq 4000. Ils ont comparé ces données d’ARN aux données d’ARN d’un Arabidopsis : base de données de gènes afin de trouver des similitudes entre les réponses au stress cellulaire de ces streptophytes et des plantes terrestres.

Ils ont pu voir des gènes similaires exprimés et des protéines créées dans les deux : Arabidopsis : et leur test d’algues sous stress. Les scientifiques ont pu constater que : Zygnéma : et: Coléochète : les algues partageaient le plus de similitudes avec : Arabidopsis :.

Comparaison de l’expression génique de : Arabidopsis : et les algues sous stress aide les scientifiques à mieux comprendre comment les plantes terrestres sont liées à leurs anciens ancêtres algaux. Ces résultats suggèrent que les algues se sont peut-être déplacées de l’eau vers la terre parce qu’elles pourraient génétiquement s’adapter à des températures plus froides et à une lumière plus vive.

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