Les plantes développent des produits chimiques de défense spécialisés grâce aux effets combinés des gènes, de la géographie, de la démographie et des problems environnementales, selon une étude publiée aujourd’hui dans les rapports eLife.



Les résultats révèlent un modèle dans les types de produits chimiques de défense produits à travers l’Europe et décrivent certains des processus évolutifs qui les créent.

Comme les plantes sont des organismes immobiles, elles dépendent de la output de produits chimiques de défense appelés métabolites spécialisés pour survivre. Les métabolites spécialisés ont une grande variation dans leur construction, comme le nombre de molécules de carbone et les autres groupes chimiques qui se fixent à ces molécules de carbone. Chaque plante dans chaque environnement a un profil exceptional de métabolites spécialisés en raison de la variation génétique qui s’est développée au fil des années par différents processus et événements évolutifs.



« Nous savons déjà que les pressions environnementales telles que le type d’herbivores qui s’attaquent aux plantes influencent les métabolites spécialisés produits par les plantes », explique la première auteure Ella Katz, chercheuse postdoctorale au Département des sciences végétales de l’Université de Californie, Davis, États-Unis. « Nous voulions comprendre comment l’intersection de la pression environnementale, de la démographie et de la complexité génomique donne lieu au modèle de variation métabolique à travers une espèce végétale. »

Pour ce faire, l’équipe a mesuré la variation des métabolites spécialisés dans une populace de près de 800 échantillons de graines de l’espèce végétale Arabidopsis thaliana (A. thaliana) – un kind de cresson – provenant de toute l’Europe.

Ils ont examiné trois emplacements dans le génome de la plante connus pour influencer la capacité de survie d’A. thaliana ainsi que dans l’ensemble du génome pour trouver des gènes liés à la creation de métabolites. Ils ont ensuite regroupé chaque gène en courses représentant des sorts de métabolite spécialisés, appelés chémotypes. Cela leur a permis de voir quels chémotypes étaient les additionally répandus dans différentes régions d’Europe et de révéler des schémas géographiques spécifiques. Par exemple, en Europe centrale et dans certaines get-togethers de l’Europe du Nord, comme l’Allemagne et la Pologne, il y avait une grande variabilité dans les chémotypes. Mais dans le sud de l’Europe, y compris la péninsule ibérique, l’Italie et les Balkans, il y avait deux chémotypes prédominants qui étaient clairement séparés géographiquement.

Ensuite, ils ont examiné si ces différences géographiques dans les chémotypes étaient liées aux disorders météorologiques et paysagères. Ils ont attribué à chaque gène une valeur environnementale en fonction de son emplacement, comme la length à la côte, les précipitations pendant les mois les as well as humides et les additionally secs et la température des mois les additionally chauds et les additionally froids. Ils ont également attribué les gènes à des emplacements du nord ou du sud, en fonction de leur position par rapport aux chaînes de montagnes des Pyrénées, des Alpes ou des Carpates. En utilisant les chémotypes les as well as couramment trouvés, ils ont montré que les ailments environnementales avaient des relations différentes avec les chémotypes qui changent selon la zone géographique. Cela suggère que la relation entre les conditions environnementales et les métabolites spécialisés varie selon les différentes régions d’Europe. Ainsi, même si un temps as well as humide était lié à un sure chémotype en Europe du Sud, ce n’était pas le même en Europe du Nord.

Enfin, ils ont examiné comment ces gènes ont évolué au fil du temps. Les attributes génétiques peuvent évoluer soit de manière indépendante au sein d’une espèce, appelée évolution convergente, soit par évolution parallèle, où les espèces répondent de manière similaire à des défis externes similaires. Ils ont découvert que l’évolution des gènes aux trois emplacements du génome les as well as courants était façonnée par un mélange d’événements rappelant une évolution parallèle ou convergente. De as well as, la présence de variation à chacun des trois emplacements joue également un rôle dans la formation de l’évolution des autres gènes. Cela est très probablement dû au fait que les effets de différents métabolites spécialisés peuvent fonctionner ensemble ou les uns contre les autres pour aider la plante à survivre.

« Notre travail offre une nouvelle point of view sur la complexité des forces et des mécanismes qui façonnent la génération et la distribution de métabolites spécialisés et affectent la capacité de la plante à survivre dans un environnement changeant », conclut l’auteur principal Daniel Kliebenstein, professeur au Département des sciences végétales. Université de Californie, Davis, et le Centre d’excellence DynaMo, Université de Copenhague, Danemark. « L’utilisation d’une populace végétale plus importante provenant d’autres endroits dans le monde nous permettra d’approfondir notre compréhension des mécanismes évolutifs qui déterminent la variation d’une inhabitants. »