DÉVELOPPEMENT, biologie

L'embryogenèse précoce

Les Angiospermes ont, par définition, leurs graines « cachées » dans le fruit. L'embryogenèse se déroule à l'intérieur de l'ovule qui deviendra la graine ; elle est difficilement accessible à l'étude expérimentale. Pourtant, les études histologiques descriptives datent du début du siècle. Elles ont été longtemps privilégiées avec l'espoir de corréler les types de développement avec les grandes divisions taxinomiques. L'embryogenèse expérimentale, elle, est d'origine plus récente et ne s'est réellement développée qu'avec les techniques de culture in vitro.

L'embryogenèse des Angiospermes ne peut être analysée qu'en tenant compte des conséquences de la double fécondation. Le cas le plus classique est le suivant. Le tube pollinique conduit deux cellules mâles jusqu'au sac embryonnaire (fig. 2, en haut, à gauche) qui est l'équivalent du gamétophyte femelle. L'une féconde l' oosphère ou gamète femelle, origine du véritable zygote puis de l' embryon (fig. 2, en bas). L'autre cellule mâle s'unit à deux noyaux haploïdes du sac embryonnaire pour donner l' albumen, un tissu triploïde qui accumule des réserves.

L'embryogenèse végétale comporte deux étapes majeures : la segmentation et l'organogenèse embryonnaire, qui, très précocement, conduit à la mise en place des premiers organes de la plantule, c'est-à-dire le jeune sporophyte. La segmentation est généralement caractérisée par un haut niveau de précision et un strict contrôle de l'orientation des fuseaux mitotiques. Les mécanismes sont insuffisamment élucidés, mais il est évident que la rigueur de la segmentation est rendue nécessaire par l'existence de la paroi qui interdit tout remaniement ultérieur. La phase de segmentation s'achève par la formation, à partir de cloisonnements tangentiels, d'un épiderme primordial qui contribue à l'isolement de l'embryon globulaire. L'organogenèse embryonnaire est caractérisée, dès ce stade, par la mise en place de foyers méristématiques apicaux (fig. 2, en haut à droite) – caulinaire et racinaire –, qui prennent en charge la construction des premiers organes du jeune sporophyte ; ils conserveront cette capacité morphogénétique tout au long de la vie de la plante. Les premières manifestations morphologiques conduisent au stade embryonnaire cordiforme, par le développement de la radicule et la mise en place des cotylédons. Ensuite, la tigelle portera les premières feuilles.

Dans les cas les mieux connus, comme celui de l'embryon de Capsella (Brassicacées), la filiation cellulaire peut être suivie à partir du stade à huit cellules (fig. 3). Le devenir des territoires cellulaires issus de l'embryogenèse peut dont être prédit très précocement. Par comparaison avec l'ontogenèse animale, on pourrait considérer qu'un tel développement est de type mosaïque. L'approche expérimentale qui consisterait à étudier le devenir des cellules isolées ne peut être envisagée chez les Angiospermes. Cependant, la plasticité de la cellule végétale et la capacité de dédifférenciation des cellules somatiques qui seront évoquées plus loin permettent de penser que ces cellules ne sont pas déterminées comme on l'entend habituellement. Il paraît plus raisonnable de considérer que la filiation cellulaire décelée précocement est la conséquence de leur position, donc des plans de division imposés par les tissus voisins ou par les premières étapes de la segmentation. La nécessité de la mise en place d'un épiderme primordial pour la mise en œuvre de l'organogenèse embryonnaire est en accord avec cette hypothèse.

La programmation génétique du développement postembryonnaire

Compte tenu de l'impossibilité d'observer directement les premiers stades de développement, l'étude génétique en a longtemps été différée. Mais chez une petite brassicacée utilisée comme modèle, Arabidopsis thaliana, des mutants présentant des altérations importantes de l'embryogenèse ont été systématiquement recherchés. Pour des raisons évidentes de facilité technique, la détection des phénotypes est d'abord réalisée sur les germinations par observation de défauts importants dans leur organisation spatiale, pour être ensuite rapportée aux stades précédents de l'embryogenèse. Neuf gènes ont été trouvés ; ils affectent trois aspects différents de l'organisation, suggérant par là même des règles dans la construction de la plante.

Les symétries apico-basale et radiale de la plantule se trouvent altérées. Mais des anomalies de forme ont également été répertoriées, suggérant par là même l'existence de deux grands types de déterminations génétiques ; l'une porte sur les traits fondamentaux de l'organisation de la plante, l'autre sur les activités morphogénétiques qui, à partir d'un tel plan, permettent la croissance harmonieuse qui conduit à l'organisme adulte.

Les altérations de la polarité apico-basale

On a tout d'abord observé la délétion de grandes parties de la plantule, suivant l'axe de polarité vertical de l'organisme, mais sans altération de l'organisation radiale. Quatre classes de délétion majeure – apicale, basale, centrale et terminale – ont ainsi été décrites (fig. 4).

Une mutation du gènegurke affecte la partie qui est située au-dessus de l'hypocotyle, c'est-à-dire comprenant le méristème apical et les cotylédons ; ceux-ci disparaissent totalement lors de l'expression la plus forte du phénotype mutant. Avec une mutation du gène fackel, les cotylédons se trouvent directement attachés à la racine.

Le mutant monopteros, complémentaire de gurke, présente une élimination de l'hypocotyle et de la racine. Avec la mutation shoot meristemless, l'effet est plus subtil : la plantule paraît normale ; pourtant, il lui manque le méristème de tige.

Enfin, le gène gnom semble affecter les deux pôles de la plantule ; chez le mutant, il manque en effet la racine, les cotylédons et le méristème apical. La plantule gnom, difficilement interprétable, a une forme sphérique ou ovoïde apico-basale, mais avec une symétrie radiale évidente. On trouve en effet, de l'extérieur vers l'intérieur, l'épiderme, le parenchyme et les tissus vasculaires.

Deux processus à l'œuvre dans la formation de l'embryon

Suivant les mutations, les phénotypes s'expriment à deux moments différents de l'embryogenèse précoce de la plantule. Ainsi, on a comparé le développement du zygote du phénotype gnom avec celui du zygote sauvage. Chez ce dernier, la première division est asymétrique ; elle donne une petite cellule apicale et une très grande cellule basale. Chez le mutant gnom, le zygote s'allonge moins, et, surtout, la première division est presque égale ; enfin, au lieu d'avoir des divisions ultérieures suivant des plans parfaitement définis, ceux-ci se forment de manière sensiblement aléatoire. L'une des explications possibles serait que, comme dans le cas du zygote de drosophile, un déterminant précoce assure la polarité apico-basale.

L'étude de l'embryogenèse du mutant monopteros indique, cette fois, que le développement est normal au moins jusqu'au stade à huit cellules. À ce moment, la différenciation en deux parties, celle qui donnera les cotylédons et celle qui donnera l'hypocotyle, ne se fait pas.

La détection du phénotype shoot meristemless ne peut se faire qu'après l'établissement du plan de base, c'est-à-dire au stade de la « torpille ». De même, le mutant de symétrie radiale knolle peut être décelé dès le stade globulaire, tandis que les mutations de forme (fass, knopf et mickey) ne peuvent être détectées qu'après le stade en forme de cœur. On peut donc distinguer de manière claire deux types de processus : les premiers président à l'établissement du plan de base, tandis que les autres déterminent le grandissement et la structuration de la plantule.

Les gènes précoces du développement interviennent dans l'établissement, de manière indépendante, des organisations radiale et apico-basale. Or ces patterns sont instaurés quelle que soit la forme des cellules ; leur rôle est donc principalement de situer des frontières dans l'embryon. Qui plus est, le stade à huit cellules provient d'un cloisonnement du zygote. On peut donc supposer que la polarité apico-basale est déjà présente dans l' oosphère non fécondé, comme le suggère l'étude de gnom. On peut néanmoins se demander si ces résultats, obtenus uniquement sur A. thaliana, peuvent être généralisés à une grande partie – si ce n'est la totalité – des Angiospermes. Un début de réponse est donné par la découverte du mutant amputata chez Antirrhinum majus, la gueule-de-loup, qui donne le même phénotype que shoot meristemless chez A. thaliana. Cela laisse donc espérer qu'une image cohérente de l'ensemble du début du cycle de développement d'une plante peut être proposée.

Un développement itératif

À la fin de l'embryogenèse, à l'intérieur de la graine, la plantule possède déjà l'organisation de base de la plante : tige et racine en continuité, premières feuilles (fig. 5). Dès la germination, par l'intermédiaire des méristèmes préexistants, le sporophyte se développe par addition de nouvelles unités tout au long de la vie de la plante. Ce développement itératif et continu est particulièrement repérable au niveau de la tige qui est constituée, au moins au cours du développement de l'appareil végétatif, d'unités morphologiquement identiques, un nœud comportant une feuille, son bourgeon axillaire et l'entre-nœud correspondant (fig. 6). Cette unité de construction n'empêche pas une grande variabilité en fonction de la disposition des feuilles dans l'espace (phyllotaxie), du fonctionnement ou du développement plus ou moins important du bourgeon axillaire, de la taille de l'entre-nœud. Par exemple, une tige feuillée de tabac, une rosette de pissenlit, un bulbe de tulipe, un tubercule de pomme de terre, un rameau de chêne ne sont que des variations autour de la même unité modulaire. Bien plus, dans la mesure où les fleurs résultent de la transformation de bourgeons terminaux ou axillaires, les inflorescences, aussi variées soient-elles, relèvent du même système de construction.

Ce développement « itératif » permet, en particulier chez les arbres, une importante amplification du nombre de méristèmes disponibles et la possibilité, pour un organisme fixé et directement soumis aux contraintes environnementales, de reconstituer tout ou partie des portions endommagées. La taille n'est qu'une exploitation de l'existence de bourgeons axillaires multiples dont la modification artificielle des préséances va transformer le port de la plante ou privilégier certains axes, pour la production de fruits par exemple. Tous les bourgeons axillaires sont issus, et représentent, des copies d'un bourgeon terminal préexistant, lui-même issu du bourgeon primordial de la plantule.

Chaque bourgeon conserve des capacités embryonnaires et contient le programme morphogénétique du sporophyte d'origine. Séparé du pied mère et à condition d'acquérir des racines néoformées, il reconstituera un nouvel individu, qui sera la rigoureuse copie de la plante d'origine. Cette capacité de multiplication végétative est l'une des caractéristiques les plus originales de l'ontogenèse végétale. Dans les conditions naturelles, la production de stolons, de bulbilles, de caïeux, de tubercules caulinaires est un moyen pour la plante de gérer, en liaison avec la reproduction sexuée, la conquête de nouveaux milieux et l'efficacité de la dissémination. Dans les conditions artificielles, le bouturage et la greffe ont un impact horticole qui n'est plus à prouver. Le contrôle de cette aptitude régénérative est devenu un des outils favoris de la biologie moderne (le clonage).

Les deux modèles floraux expérimentaux

Les deux espèces chez lesquelles les analyses moléculaires et génétiques sont les plus avancées sont Antirrhinum majus (la gueule-de-loup) et Arabidopsis thaliana. Chacune de ces deux plantes présente des avantages. Avec A. majus, la multiplication végétative est aisée, les grandes fleurs faciles à manipuler ; de plus, des éléments génétiques transposables facilitent l'exploration du génome ; enfin, elle appartient à la famille des Scrofulariacées dont les mutations homéotiques sont connues depuis longtemps : la Peloria que Linné décrivit en 1744 était une linaire. A. thaliana, elle, a été récemment choisie au niveau international comme modèle de laboratoire. Cette brassicacée est une plante peu encombrante, caractérisée par un génome de très petite taille, un temps de génération court et une transformation facile.

Afin de bien comprendre les mutations homéotiques, il est indispensable de décrire en premier lieu la morphologie des plantes de type sauvage (fig. 7).

La partie aérienne de la plante est produite par le fonctionnement successif de trois types de méristèmes homologues – végétatif, inflorescentiel et floral – qui diffèrent par leur phyllotaxie, la nature des organes générés et la longueur des entre-nœuds. Ainsi, après germination, le méristème végétatif de l'apex d'A. majus donne, à chaque nœud, une paire de feuilles opposées ; puis il passe sous forme d'un méristème inflorescentiel qui initie une série de bractées en disposition spirale. Chacune d'entre elles possède à son aisselle un méristème floral qui donne des pièces florales disposées en quatre verticilles concentriques.

La partie aérienne d'A. thaliana est aussi générée par trois types de méristèmes, mais avec quelques particularités. Le méristème végétatif génère une rosette de feuilles ; puis le méristème inflorescentiel donne tout d'abord quelques feuilles caulinaires espacées, à l'aisselle desquelles d'autres méristèmes inflorescentiels se forment ; enfin sont produits latéralement des méristèmes floraux.

Chez ces deux espèces, la fleur est formée par des pièces florales disposées en couronne selon quatre cercles concentriques ou verticilles, à savoir, de l'extérieur vers l'intérieur : verticille 1, les sépales ; verticille 2, les pétales ; verticille 3, les étamines ; verticille 4, les carpelles qui forment le pistil. Ces verticilles apparaissent séquentiellement, le plus externe étant le premier formé.

A. majus possède une fleur zygomorphe, c'est-à-dire une fleur dont la symétrie radiale est altérée en symétrie bilatérale. Le verticille 1 comprend cinq sépales ; le verticille 2 comporte une corolle constituée de cinq pétales colorés, soudés en un tube sur une partie de leur longueur, et qui viennent former cinq lobes, deux supérieurs et trois inférieurs. La jonction entre ces deux parties joue le rôle de charnière et autorise l'ouverture de la fleur par des insectes pollinisateurs. Le verticille 3 possède cinq primordiums d'étamines, mais le primordium supérieur avorte très tôt, donnant naissance à un organe rudimentaire. Enfin, le verticille 4 est formé par un ovaire à deux carpelles.

A. thaliana présente une fleur actinomorphe, c'est-à-dire régulière, à symétrie radiale. Le verticille 1 comporte quatre sépales, le 2, quatre pétales, le 3, six étamines et le 4, un ovaire à deux carpelles.

La transition méristème inflorescentiel/méristème floral

Pour générer une fleur, le méristème végétatif doit subir deux transitions successives : son état passe tout d'abord de celui de végétatif à inflorescentiel, puis d'inflorescentiel à floral. Il existe des mutants incapables de réaliser cette seconde transition ; ceux-ci produisent alors des pousses de type inflorescence qui prolifèrent là où l'on attend des fleurs. Un tel mutant peut donc être appelé homéotique, car il remplace une structure donnée – la fleur – par une structure a priori homologue, une inflorescence prolifère. Mais on peut également le considérer comme hétérochronique, étant donné qu'il entraîne la réitération d'un programme précoce de développement. Cela est dû, comme on l'a dit, au fait que, le développement des végétaux se produisant de manière séquentielle, des bouleversements dans l'organisation temporelle ont immédiatement des répercussions sur l'organisation spatiale.

Le mutant floricaula (flo) d'A. majus correspond à un phénotype qui ne peut réaliser la transition en méristème inflorescentiel. Celle-ci se réalise, mais, au lieu d'avoir des fleurs à l'aisselle des bractées, on observe des pousses indéterminées qui portent à leur tour des bractées ; chaque pousse produit d'autres pousses, et cela de manière indéfinie. Le produit non muté du gène flo est donc nécessaire pour réaliser la transition du méristème inflorescentiel en méristème floral.

Une deuxième classe de mutants présente un effet quasi opposé à celui de flo ; il entraîne la transition du méristème inflorescentiel en méristème floral là où cela ne devrait pas se passer, c'est-à-dire en position terminale de l'inflorescence. Ainsi, le mutant centroradialis (centro) d'A. majus produit des inflorescences avec fleur terminale. Cela suggère que le produit du gène non muté empêche le passage du méristème inflorescentiel en méristème floral. Les gènes flo et centro, antagonistes, s'excluent l'un l'autre.

Chez A. thaliana, l'étude est actuellement la plus poussée. Le produit du gène terminal flower 1 (tfl 1) est indispensable pour le maintien de l'identité du méristème inflorescentiel. Les plantes homozygotes pour des allèles mutants récessifs de tfl 1 portent une fleur terminale sur chaque axe, indiquant que le méristème inflorescentiel est converti en méristème floral. En revanche, les produits des gènes apetala 1 (ap 1), apetala 2 (ap 2) et leafy (lfy) ont pour rôle de donner et de contrôler l'identité du méristème floral. L'analyse génétique montre que lfy d'une part, ap 1 et ap 2 d'autre part ont des rôles partiellement redondants ; tfl 1, lui, est antagoniste à la fois de lfy et de ap 1/ap 2, mais ces antagonismes s'établissent de manière indépendante. Il existe donc deux voies a priori indépendantes qui mènent au méristème floral.

Les mutants homéotiques floraux

Des mutants homéotiques de fleurs sont connus depuis bien longtemps ; ils sont décrits avec précision par bon nombre de morphologistes. L'utilisation des techniques moléculaires et l'application des concepts issus de l'étude des gènes homéotiques Hom et Hox des animaux ont permis de faire des progrès extraordinaires dans la compréhension de la construction de la fleur. Pour cela, il a fallu tout d'abord classer les phénotypes floraux, construire pas à pas un modèle minimal qui permet d'en rendre compte pour, enfin, le tester et commencer à déterminer les interactions et les boucles de régulation.

Les mutants homéotiques étudiés sont ceux pour lesquels les organes d'un verticille donné se développent sous la forme typique des organes d'un autre verticille. La solution est apparue quand on a eu repéré que bon nombre de mutations affectent l'identité des organes de deux verticilles adjacents, ce qui entraîne le découpage du méristème en trois régions chevauchantes (fig. 8) : la région A (verticilles 1 et 2) ; la région B (verticilles 2 et 3) ; la région C (verticilles 3 et 4).

Les mutants ovulata (ovu) d'A. majus et apetala 2 d'A. thaliana présentent des fleurs dont les pièces stériles sont intégralement remplacées par des pièces fertiles, c'est-à-dire, sur le verticille 1, des carpelles à la place de sépales, et, sur le verticille 2, des étamines à la place de pétales. La région A est donc complètement modifiée. La région B est touchée chez les mutants deficiens (def), globosa (glo), sepaloidea (sep) d'A. majus, et les mutants pistillata (pi) et apetala 3 d'A. thaliana. Cette fois-ci, pour chaque mutant, on trouve des sépales à la place de pétales au verticille 2, et des carpelles à la place d'étamines au verticille 3. Enfin, pour la région C, on connaît les mutants plenifolia (pleni) chez A. majus et agamous (ag) chez A. thaliana ; les étamines du verticille 3 sont remplacées par des pétales, et le verticille 4 présente des sépales ou des structures réitératives de pièces stériles. Chez ces mutants, le nombre de verticilles est également affecté.

Le fait que les mêmes classes de mutants soient retrouvées chez des organismes aussi dissemblables qu'A. majus ou A. thaliana suggère que les mécanismes qui contrôlent l'identité des verticilles ont été hautement conservés au cours de l'évolution. Cela laisserait penser que, peut-être, toutes les fleurs – ou au moins la majorité – seraient construites sur un même pattern de base, et vraisemblablement à l'aide de gènes homologues. On aurait un processus analogue à celui établissant le pattern de base des animaux par les gènes homéotiques Hox et Hom. Les mutations décrites chez d'autres espèces comme Primula, Cheiranthus, Matthiola et vraisemblablement des graminées plaident en faveur de cette vision synthétique des choses. Le modèle interprétatif de ces séries de mutations revêt donc une importance considérable.

L'identité des verticilles floraux : le schéma génétique

Étant donné que les mutations intéressent des régions A, B et C qui se chevauchent, on peut supposer que chaque région est sous la dépendance d'un gène, et qu'il existe pour chaque verticille une combinaison unique qui en définit son identité. On peut considérer l'action de trois gènes notés a, b et c suivant le lieu de leur expression ; la combinaison des fonctions permet en principe de coder pour quatre verticilles, a pour le premier, ab pour le deuxième, bc pour le troisième et c pour le quatrième. Mais supposer que les expressions de a, b et c soient établies indépendamment est un fait qui ne peut être retenu. En effet, si a, nécessaire pour le développement de pétales et de sépales, n'est fonctionnel que dans la région A, on ne peut expliquer de cette manière que certains mutants, comme pleni ou ag, présentent de tels organes en dehors de cette région.

Afin d'établir un modèle cohérent et simple, il est nécessaire de postuler l'existence de deux fonctions a et b indépendantes et d'une troisième fonction c qui s'établit de manière corrélée, telle que a et c s'excluent mutuellement. Ainsi, une mutation de b (notée b^–) ne touche que la région B ; par contre, une mutation de a (a^–) entraîne l'expression de c dans la région A, et, par symétrie, une mutation de c (c^–) permet l'expression de a dans la région C. Un tel modèle explique alors les phénotypes connus (fig. 9).

Une première validation du modèle a pu être réalisée par l'étude des mutants multiples, ce qui permet de tester quel est l'état de base des verticilles avant les commandes de différenciation des organes. Suivant le modèle, le double mutant a^–b^–c devrait présenter de manière uniforme des carpelles sur les quatre verticilles ; c'est effectivement ce que donne l'expérience. En revanche, rien ne permet de prédire a priori ce que donnerait le triple mutant a^–b^–c^–, c'est-à-dire ce qui se passerait si aucun des trois gènes ne s'exprime. L'expérience montre que c'est l'état de feuille qui est produit.

Ainsi, la génétique démontre parfaitement que, au niveau de la fleur, des organes ayant pour état de base l'état de feuille se trouvent aiguillés, « métamorphosés », en pièces florales par l'action corrélée de quelques gènes du développement (fig. 10). Ces études, qui correspondent aux intuitions de Goethe, prouvent que chaque organe floral est capable de présenter tous les états possibles. Cela confirme que tous les organes floraux sont homologues entre eux et proviennent de la spécialisation des feuilles.

Comme pour la drosophile, le problème des limites de l'expression de ces gènes de développement se pose alors. L'exclusion mutuelle de l'expression des gènes a et c donne un début de réponse. En revanche, on peut se poser des questions quant à la régionalisation de l'expression de b, circonscrite strictement à la région B, c'est-à-dire aux verticilles 2 et 3.

La découverte d'un nouveau mutant, baptisé de manière humoristique superman (sup), montre que le jeu des interactions géniques est primordial. En effet, avec la mutation sup, on observe le développement d'étamines dans le verticille 4, ce qui n'est pas compréhensible, étant donné que cela y demande l'expression de b, a priori impossible suivant le modèle. En fait, sup se trouve être un régulateur de b, inhibant dans la plante normale son expression dans le quatrième verticille (fig. 10).

Détermination de la zygomorphie

L'une des différences majeures entre les fleurs d'A. majus et d'A. thaliana concerne la symétrie florale. L'explication évolutive classique considère que, dans son état primitif, la fleur a une symétrie radiale, la symétrie bilatérale de la fleur zygomorphe correspondant à un état dérivé. Suivant ce schéma, on devrait donc trouver des commandes supplémentaires chez A. majus.

Le mutant cycloidea (cyc) répond à une telle attente. Ce mutant présente beaucoup d'allèles intermédiaires. Si les cinq étamines sont continuellement présentes, la fleur n'est parfaitement symétrique que dans les phénotypes les plus extrêmes. Pour comprendre le mode d'action de ce gène, il fallait vérifier si son expression était dépendante ou indépendante des verticilles. Pour cela, on a utilisé le mutant ovu – l'homologue d'ap 2 chez A. majus – qui présente des étamines aux verticilles 2 et 3, mais avec à chaque fois l'étamine supérieure avortée ; huit étamines sont donc formées. Il était intéressant de connaître le nombre d'étamines existant chez le double mutant ovu-cyc. Or on en dénombre dix, ce qui prouve bien que cyc agit indépendamment du verticille. Chez A. majus, le devenir d'un primordium dépend donc d'une interaction entre les fonctions qui déterminent, d'une part, l'identité du verticille et, d'autre part, les différences entre haut et bas. Compte tenu de la symétrie gauche-droite, le modèle le plus simple est en coordonnées polaires (fig. 11), ce qui explique également la possibilité d'obtenir toute une série d'allèles intermédiaires.

Modulations du schéma ontogénique

Le schéma évoqué précédemment peut être plus ou moins profondément modifié en fonction de la longévité de la plante et des conditions environnementales ou physiologiques de développement. C'est particulièrement évident pour les arbres dont la durée de vie, comme nous l'avons vu précédemment, peut être prodigieuse, et dont l'ampleur de la ramification va mettre en jeu un nombre incalculable de bourgeons, donc de méristèmes, au moins autant que de feuilles et d'extrémités de rameaux. Des corrélations d'une grande complexité vont s'établir entre les différentes parties de cet individu en développement continu, au moins à notre échelle. Chaque bourgeon, en fonction de sa position sur l'arbre, de son environnement physiologique, des inhibitions corrélatives auxquelles il est soumis, aura sa propre histoire et pourra donc exprimer un programme morphologique particulier.

Nous avons déjà souligné, à propos de la floraison, le rôle déterminant des facteurs externes. Les arbres de nos régions subissent chaque année les conditions hivernales. Ils résistent grâce à la mise en œuvre de mécanismes de résistance, passifs – écorce, écailles des bourgeons –, ou physiologiques – chute des feuilles, dormances. Mais cette période d'inactivité n'est qu'apparente. Des modifications profondes interviennent au sein des méristèmes, qui conduisent à des modifications de préséances entre bourgeons, mais aussi à la récupération, localement, de capacités morphologiques ou physiologiques qui caractérisent les bourgeons plus jeunes. La nécessité d'une diapause pour un maintien de l'activité du méristème peut être reliée à l'existence d'un fonctionnement rythmique très fréquemment observé chez les arbres des régions intertropicales. Au moment de la reprise d'activité, on observe, au début, des unités de croissance des modifications morphologiques propres à un fonctionnement plus juvénile. Le développement d'une plante pérenne résulte donc de l'interaction complexe entre des signaux internes et externes qui modulent l'expression des différents méristèmes. On peut donc obtenir au sein d'une même espèce, donc avec la même base génétique, des variations phénotypiques extrêmement accusées. L'une des preuves les plus frappantes est la possibilité de réaliser des bonsaï, miniatures âgées d'arbres de grande taille, en jouant sur ses contraintes environnementales et physiologiques.

Maturité et sénescence des arbres, phénomène particulièrement complexe

Il est clair que l'appréciation de l'âge d'une plante ligneuse pérenne, d'un point de vue uniquement chronologique, ne peut rendre compte des diverses manifestations possibles du développement au niveau de la plante. Le vieillissement d'un arbre comporte au moins deux aspects différents : un vieillissement physiologique, qui peut conduire à la sénescence et qui se traduit par un accroissement en taille et une complexité de plus en plus grande de l'appareil végétatif ; un vieillissement ontogénétique, qui affecte les structures méristématiques. Un méristème, tout en conservant ses capacités d'organogenèse, c'est-à-dire une production de nouvelles unités fonctionnelles, perd, au cours du temps, certaines des propriétés morphogénétiques qui caractérisent un méristème prélevé au stade juvénile.

Ces modifications sont mises en évidence dans le cadre de la multiplication végétative. Le bouturage à partir de bourgeons ontogénétiquement vieux se traduit par une limitation et, fréquemment, par une perte de l'aptitude à l'enracinement, une faible vigueur et le maintien de morphologies particulières. Cela se traduit, sur le plan pratique, soit par l'impossibilité de multiplier végétativement des arbres adultes ou âgés, soit par la production de plantes qui ne présentent pas la même morphologie que celles qui sont issues de graines.

Cette perte d'aptitude à la multiplication végétative est plus ou moins progressive ou plus ou moins régulièrement répartie dans l'arbre. En effet, comme nous l'avons déjà indiqué, le comportement d'une bouture, donc du bourgeon dont elle est issue, dépend de l'histoire antérieure de la plante, de sa situation au sein de la plante, donc de l'interaction de différents niveaux corrélatifs et des contraintes environnementales. On pourrait considérer qu'un arbre est un patchwork d'unités méristématiques qui possèdent des aptitudes développementales différentes. Les travaux actuels dans ce domaine portent sur la recherche de marqueurs biochimiques ou moléculaires qui permettent au minimum d'identifier ou de caractériser ces états juvéniles ou sénescents pour un choix judicieux des explants à bouturer ou pour modifier expérimentalement leur comportement.

Compte tenu de la plasticité du matériel végétal déjà plusieurs fois évoquée, ces situations ne sont pas irréversibles. On peut expérimentalement rétablir, au niveau des méristèmes prélevés sur des arbres très âgés, les conditions d'une expression physiologique juvénile. La rupture de systèmes corrélatifs (tailles brutales, recépages fréquents) ou la modification drastique des conditions environnementales (maintien in vitro) peuvent favoriser un retour à une situation juvénile. Mais il faut souvent, et sans certitude de succès, passer par des manipulations beaucoup plus complexes, comme l'illustre la réussite du bouturage des individus adultes de Sequoia sempervirens. L'expérience consiste, en culture in vitro, à greffer des bourgeons prélevés sur des arbres inaptes au bouturage sur des porte-greffes issus de la germination de graines. La greffe se fait de manière terminale et est répétée un certain nombre de fois en changeant de porte-greffe. Les mécanismes impliqués restent méconnus, mais, sur le plan pratique, il est possible, après quatre greffes successives, de récupérer des plantes rajeunies aptes au bouturage, et donc de faire des copies d'arbres très anciens.

L'ontogenèse végétale est donc un processus complexe profondément marqué par deux caractéristiques : la plasticité de la cellule végétale, le maintien d'une ontogenèse permanente au travers des méristèmes et de leur multiplication. De ce fait, pendant longtemps, l'analyse de l'ontogenèse végétale a été essentiellement descriptive, d'autant plus que les premières étapes du développement restent masquées au sein de l'ovule chez les Angiospermes. L'exploitation des cultures in vitro couplée à l'adaptation des moyens d'investigation cytophysiologiques et moléculaires performants permet d'aborder l'étude de certains mécanismes du développement. L'une des approches les plus fructueuses réside sans doute dans la recherche et l'identification de schémas ontogénétiques communs au monde animal et au monde végétal. Mais les plantes garderont leur originalité dans deux domaines : la totipotence de la cellule somatique et le secret, au travers du renouvellement des méristèmes, d'une éventuelle éternité.