Les " épines " sont apparues 28 fois indépendamment au cours de l’évolution

Comme les roses, de nombreuses espèces végétales ont des épines, ou plus précisément des aiguillons. Cet attribut est un cas spectaculaire de convergence évolutive.

D’après le dicton, " il n’y a pas de rose sans épines " : rien n’est jamais parfait, rien n’est jamais simple. Pourtant, d’un point de vue scientifique, les roses n’ont pas d’épines, mais des aiguillons ! La différence paraît subtile, mais les épines sont des tiges ou des feuilles qui se sont spécialisées au cours de l’évolution, alors que les aiguillons sont des excroissances de l’épiderme. On peut facilement les détacher sans blesser la plante. Ainsi, les cactus et les aubépines ont des épines, tandis que les roses ont des aiguillons. Elles ne sont d’ailleurs pas les seules : on en observe par exemple chez certaines solanacées proches de l’aubergine.

Quand des espèces ont un ancêtre commun récent, elles partagent une part importante de leur génome, et il n’est donc pas étonnant de retrouver des traits communs. Mais dans le cas des espèces de plantes dotées d’aiguillons, certaines ont un ancêtre commun très éloigné dans le temps. Il est donc probable que les excroissances se sont développées de façon indépendante ; on parle alors de convergence évolutive. Or un consortium international coordonné par Zachary Lippman, du laboratoire de Cold Spring Harbor, aux États-Unis, et impliquant plusieurs équipes dont celle de Mohammed Bendahmane, directeur de recherche Inrae, à l’École normale supérieure de Lyon, vient d’identifier le volet génétique de cette convergence.

Lorsque différentes espèces partagent les mêmes pressions environnementales, leur évolution, au travers de la sélection naturelle, peut conduire à faire émerger des solutions similaires. Les exemples sont nombreux : les ailes des oiseaux, des insectes et des chauves-souris ; l’écholocalisation des cétacés et des chauves-souris. Dans le cas de la vision, les ocelles des insectes et les yeux des vertébrés et des céphalopodes sont apparus indépendamment, mais, dans les deux cas, le gène Pax6 joue un rôle majeur dans le contrôle de leur développement.

Comme les épines, les poils ou les trichomes (de fines excroissances sur les racines, tiges ou feuilles), les aiguillons procurent de nombreux avantages à la plante : ils la protègent de l’appétit des herbivores ou des insectes, et retiennent l’humidité. Il n’est donc pas étonnant que cet attribut soit apparu de façon indépendante au moins 28 fois depuis 150 millions d’années. Mais comme dans le cas de la vision, retrouve-t-on, chez les différentes espèces dotées d’aiguillons, un même gène qui en contrôle le développement ?

Dans le genre Solanum, où l’on retrouve les pommes de terre, les tomates ou encore les aubergines, près de la moitié des espèces ont des aiguillons. On y constate d’ailleurs un signe de domestication : l’espèce sauvage Solanum insalum, dotée d’aiguillons, a été domestiquée, probablement en Inde, et a donné l’aubergine (Solanum melongena) sélectionnée par les cultivateurs, car dépourvue de ces excroissances protectrices.

Zachary Lippman et ses collègues ont commencé leur étude en croisant ces deux espèces d’aubergine (sauvage et cultivée) afin de localiser le gène responsable de la croissance des aiguillons. Ils ont montré qu’il s’agit d’un gène de la famille LOG (Lonely Guy). Ce gène est impliqué dans la synthèse de la cytokinine, une hormone végétale qui participe à la prolifération cellulaire et au développement de la plante.

Chez l’aubergine cultivée, le gène LOG est présent, mais il présente une mutation qui le rend inopérant et explique l’absence d’aiguillons. Les chercheurs ont identifié en tout 16 mutations différentes qui éclaircissent la perte d’aiguillons dans différentes espèces du genre Solanum.

En explorant d’autres espèces portant ces excroissances, l’équipe de Mohammed Bendahmane a retrouvé ce même gène LOG chez les rosiers. " Nous avons montré que le développement des aiguillons chez le rosier utilise le même mécanisme génétique que celui observé chez le genre Solanum, souligne le chercheur. En effet, une diminution de l’expression du gène LOG chez le rosier conduit à l’absence des aiguillons, comme chez le genre Solanum. "

Zachary Lippman et ses partenaires ont ainsi montré qu’un même mécanisme génétique a été recruté et a mené à cette convergence évolutive. D’après eux, l’apparition fréquente des aiguillons aurait été facilitée par la simplicité de ces excroissances, qui n’appellent pas de caractère physiologique spécifique.

Ce qui est certain, c’est que les roses et leurs épines ont inspiré des générations de poètes, et maintenant des scientifiques. Mais une rose sans épines, ou plutôt sans aiguillons, serait-elle encore une rose ? Cette question inspire à Mohammed Bendahmane un proverbe marocain : " Si l’on veut du miel, il faut supporter les piqûres d’abeilles ; si l’on veut une rose, il faut supporter ses épines. " Ainsi, la réponse est peut-être du côté de l’amour inconditionnel du Petit Prince d’Antoine de Saint-Exupéry pour sa rose.