Des plantes sauvages refleurissent après un séjour de 30000 ans dans la glace !

Des biologistes russes ont réussi à obtenir par culture in vitro à partir de tissus végétaux issus de fruits non mûrs datant de l’époque de la fin du Pléistocène des plants fertiles d’une plante vivace:  Silene stenophylla  Ledeb. Les fruits ont été trouvés dans des terriers d’écureuils enfouis au nord-est de la Sibérie à 38 mètres de la surface dans des sédiments de permafrost vieux de 32000 ans  n’ayant connu ni variations ni fonte et ayant gardé une température de -7°C.

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La culture in vitro de tissus végétaux en laboratoire est une des techniques de clonage végétal très utilisée aujourd’hui pour obtenir des spécimens strictement identiques à la plante ayant fourni le tissu végétal de départ. Le clonage désigne ici la multiplication naturelle ou artificielle à l’identique d’un être vivant,  pour tous les descendants (les clones).

 

Clonage de Silena stenophylla régénérée à partir de tissu placentaire de fruits immatures vieux de 30000 ans enfouis dans des sédiments de permafrost. A) Première pousse issue du tissu placentaire cultivé in vitro. B) Etapes successives du clonage des pousses primaires aux plantes dotées de racines. Crédit PNAS(Proceedings of the National Academy of Sciences USA).

Clonage de Silena stenophylla régénérée à partir de tissu placentaire de fruits immatures vieux de 30000 ans enfouis dans des sédiments de permafrost. A) Première pousse issue du tissu placentaire cultivé in vitro. B) Etapes successives du clonage des pousses primaires aux plantes dotées de racines. Crédit PNAS(Proceedings of the National Academy of Sciences USA).

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Le Pléistocène est l’avant-dernière division de l’ère Quaternaire. Elle est comprise entre le Pliocène (dernière époque du Néogène, qui se termine il y a 1,81 million d’années) et la dernière période, l’Holocène, qui commence il y a environ 11 550 ans). Cette époque, contemporaine  de l’apparition de l’Homo sapiens, est caractérisée par une faune de mammifères terrestres dont les fossiles correspondent à des espèces disparues et à des espèces persistant de nos jours.

 

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Le permafrost (appelé aussi en français pergélisol) est un terme anglais pour désigner un sol dont la température se maintient en dessous de 0°C pendant au moins deux ans consécutifs. Actuellement, il représente environ 20 % de la surface mondiale, 25 millions de km², dont un quart des terres émergées de l’hémisphère Nord

 

Les terriers où les chercheurs ont prélevé leur matériel biologique avaient été creusés dans des dépôts sédimentaires formés de loess et de glace qui sont restés gelés de façon permanente jusqu’à notre époque.
Les fruits recueillis étaient tous immatures et les graines qu’ils contenaient étaient donc stériles. Des essais de clonage à partir des tissus des graines ont échoué.

 

Fruit de Silene stenophylla provenant d’un terrier creusé dans le permafrost il y a plus de 30000 ans. A) Fruit disséqué où l’on aperçoit les graines et le placenta P. B) Fragment de placenta auquel sont reliées des graines à des stades divers de développement. Les barres d’échelle sur les photos mesurent 1mm. Crédit PNAS.

Fruit de Silene stenophylla provenant d’un terrier creusé dans le permafrost il y a plus de 30000 ans. A) Fruit disséqué où l’on aperçoit les graines et le placenta P. B) Fragment de placenta auquel sont reliées des graines à des stades divers de développement. Les barres d’échelle sur les photos mesurent 1mm. Crédit PNAS.

 

Le placenta des fruits permet la régénération

Mais, en utilisant le tissu du placenta, qui, à l’intérieur du fruit, a la fonction de nourrir les graines durant leur croissance jusqu’à la maturité,  (figure  ci-dessus), les chercheurs ont obtenu des pousses qui ont fini par donner des plants pouvant se reproduire normalement.

 

Plantes de Silena stenophylla en fleur : A) Plante témoin obtenue in vitro à partir d’une graine d’un spécimen existant actuellement. La fleur est bisexuelle. B) Plante régénérée par culture in vitro d’un tissu de fruit fossile ayant une fleur primaire strictement femelle. C) Plante régénérée par culture in vitro d’un tissu de fruit fossile ayant des fleurs à la fois femelle(f) et bisexuelles (b). Crédit PNAS.

Plantes de Silena stenophylla en fleur : A) Plante témoin obtenue in vitro à partir d’une graine d’un spécimen existant actuellement. La fleur est bisexuelle. B) Plante régénérée par culture in vitro d’un tissu de fruit fossile ayant une fleur primaire strictement femelle. C) Plante régénérée par culture in vitro d’un tissu de fruit fossile ayant des fleurs à la fois femelle(f) et bisexuelles (b). Crédit PNAS.

 

On a cultivé ainsi in vitro des anciens plants à partir de placenta de fruits fossiles et des  plantes modernes à partir de graines issues de plantes poussant actuellement sur les rives du fleuve sibérien Kolyma. Durant le développement végétatif, les plantes anciennes et actuelles ne se distinguaient pas par leur forme. Mais à la floraison, la forme de leurs corolles étaient différentes : les fleurs des plantes actuelles avaient des pétales plus larges et plus découpées. En outre, toutes les fleurs des plantes actuelles étaient bisexuelles à la première floraison alors que les plantes anciennes avaient leurs fleurs primaires strictement femelles avant d’avoir à la floraison suivante des fleurs bisexuelles.

Les plantes anciennes présentent des caractères légèrement différents des plantes actuelles. Elles ont donc un génotype différent.

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Le génotype est l’ensemble de tous les gènes d’une plante ou d’un animal

 

La fructification signe  l’achèvement du processus de régénération de la plante

Enfin ces plantes régénérées ont donné des fruits comme on le voit sur la photo suivante :

Plants en fructification de Silene stenopjylla régénérés à partir de tissus de fruits fossiles. La barre d'échelle mesure 50mm. Crédit PNAS.

Plants en fructification de Silene stenopjylla régénérés à partir de tissus de fruits fossiles. La barre d’échelle mesure 50mm. Crédit PNAS.

Aujourd’hui, les plants de S. stenophylla obtenus à partir des tissus placentaires de fruits immatures trouvés dans les réserves de nourriture d’écureuils de la fin du Pléistocène sont les uniques représentants d’anciennes plantes supérieures qui soient cultivées avec succès.

On a trouvé des graines et fruits dans des terriers d’écureuils non seulement dans du permafrost en Sibérie nord-orientale, mais encore en Alaska et dans le Yukon canadien.
C’est donc tout le territoire de la Béringie (autour du détroit de Béring) qui est un réservoir de vie ancienne conservée dans le permafrost. De nombreuses recherches sur la morphologie, la fonctionnalité, la biochimie et la cytogénétique des plantes régénérées et la comparaison avec les espèces existantes de nos jours vont pouvoir apporter des réponses aux questions que se posent les chercheurs sur leurs mécanismes de résistance au froid, leurs capacités d’adaptation et sur les conditions écologiques de la fin du Pléistocène. Enfin, on peut s’attendre à ce que l’on puisse régénérer par ces techniques des tissus de plantes bien plus âgées, pourquoi pas de centaines de milliers d’années, ce qui fournirait d’utiles indications sur l’ère glaciaire qui s’est étendue au quaternaire de – 110 000 ans à – 13 000 ans.

Cela montre l’intérêt et l’importance de la Réserve mondiale de semences du Svalbard( Svalbard Global Seed Vault),  conservatoire de graines végétales  souterrain creusé à Spits Bergen en  Norvège  destiné  à conserver dans un lieu sécurisé au froid des graines  de toutes les cultures vivrières de la planète et à préserver ainsi la diversité génétique.

Pour en savoir plus :