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Au cours de ses études doctorales dans les années 1960, Dan Janzen, aujourd’hui titulaire de la chaire Thomas G. et Louise E. DiMaura au Département de biologie, a redessiné ce qui est devenu un exemple classique de mutualisme biologique: la relation obligatoire entre les acacias-fourmis et leurs acacias hôtes. Les acacias produisent des structures spécialisées pour abriter et nourrir la colonie de fourmis, et les fourmis, à leur tour, défendent l’arbre contre les herbivores.

Dans une étude récente dans Proceedings of the National Academy of Sciences, des collègues de Janzen du département de biologie découvrent un mécanisme génétique qui programme le côté végétal de la relation fourmi-acacia. Il s’agit de la première édition de la série. Le professeur de biologie Fassitt et Aaron Leichty, GR’18, ont montré que ces espèces d’acacias développent les traits nécessaires pour nourrir la colonie de fourmis — des épines enflées creuses pour les loger, et des nectaires et des pointes de folioles riches en nutriments appelés corps beltiens pour les nourrir – dans le cadre d’un phénomène de développement des plantes dépendant de l’âge.

« Il y a un coût associé à la fabrication de ces traits », explique Poethig, auteur principal du rapport, « mais la plante en a besoin, sinon c’est un problème. Il y a donc un compromis qui se produit. Et ce que nous avons trouvé, c’est que ces traits semblent avoir évolué sur le dos d’une voie préexistante qui régit une transition de développement chez les plantes. »

Leichty, maintenant chercheur postdoctoral à l’Université de Californie à Davis, dit: « Lorsque nous avons fouillé dans la littérature, nous avons constaté que de nombreuses stratégies de défense des plantes dépendent de l’âge. C’est contre-intuitif parce que vous pensez que les jeunes plantes voudraient commencer à fabriquer ces structures tout de suite pour ne pas se faire manger, mais nos découvertes ainsi que notre logique profonde suggèrent qu’il existe des contraintes biologiques pour les fabriquer. »

Pour étudier les traits dans le contexte du développement des plantes, Poethig et Leichty ont recueilli des graines d’acacia auprès de vendeurs en ligne au Belize et de Janzen lui-même. Ils ont observé ce que Janzen avait vu dans la nature un demi-siècle auparavant.

« Bien sûr, les traits apparaissent, mais pas tout de suite », dit Leichty.

Après avoir obtenu la première séquence génomique d’une espèce de Vachellia, les chercheurs ont examiné spécifiquement certains microARN — sections courtes et non codantes du génome – miR156 et miR157, qu’ils avaient précédemment trouvés associés au contrôle du moment de développement des traits chez d’autres espèces végétales.

Au fur et à mesure que l’épine gonflée et d’autres traits attirant les fourmis commençaient à apparaître chez l’acacia, les niveaux de miR156 et de miR157 diminuaient et les niveaux de différents facteurs de transcription protéiques réprimés par ces microARN augmentaient.

Pour avoir une idée de la façon dont la régulation de ces caractères peut être apparue de manière évolutive, les chercheurs ont exploré d’autres espèces d’acacias qui ne fabriquent pas de corps beltiens ou d’épines gonflées mais qui produisent des nectaires sur leurs feuilles. Chez ces espèces, comme chez les ant-acacias, le déclin de miR156 a coïncidé avec l’apparition des nectaires. La similitude entre les acacias à cet égard suggère que la voie existante a été cooptée pour réguler les autres traits nécessaires à un garde du corps en bonne santé — des épines gonflées et une bonne nourriture — disent les chercheurs.

Pour Janzen, cette découverte appuie ses découvertes sur le terrain et plaide en faveur de la combinaison des recherches sur le terrain et en laboratoire.

« J’ai regardé et j’ai demandé pourquoi », dit Janzen. À propos de Poethig et de Leichty, il note: « Ils ont regardé et demandé comment. »