Heterostylie

Hétérostylie

Distylie chez la primevère. Fleurs longistyle (A) et brévistyle (B)

L’hétérostylie est un polymorphisme floral sous contrôle génétique apparu indépendamment dans 24 familles de plantes à fleurs. Dans une espèce hétérostyle, deux (distylie) ou trois (tristylie) types morphologiques différents de fleurs, appelés morphes coexistent dans la population. Sur chaque individu, toutes les fleurs partagent le même morphe.

Description

Les morphes diffèrent par la longueur des étamines et des styles. De plus, ils diffèrent souvent par la taille et le nombre de grains de pollen produits et parfois par la structure de l’exine, la couleur du pollen, la présence ou non d’amidon dans le pollen, la structure des papilles stigmatiques et la taille de la corolle^[1],[2]. Les plantes distyliques ont deux morphes et les plantes tristyliques en ont trois. Ces dernières sont plus rares ; on ne les retrouve que chez les Lythraceae, Oxalidaceae et Pontederiaceae et deux autres familles dans lesquelles leur présence n’a pas encore été confirmée : les Connaraceae et Linaceae^[3].

Dans les espèces distyliques, les fleurs (et donc, par abus de langage, les plantes) sont soit de type brévistyle (« thrum » en anglais) avec des styles plus courts que les étamines (voir figure), soit de type longistyle (« pin » en anglais) avec des styles plus longs que les étamines.

Dans les espèces tristyliques, les fleurs de chaque morphe sont caractérisées par trois niveaux différents dont deux sont occupés par des anthères et le troisième, par un stigmate. Les fleurs longistyles ont donc un style long et des étamines moyennes et courtes. Les fleurs mésostyles ont un style de longueur moyenne et des étamines longues et courtes Les fleurs brévistyles ont un style court et des étamines de longueur moyenne et longue.

Dans la majorité des cas, les différents morphes des espèces hétérostyles sont compatibles entre eux (on parle de croisements légitimes), alors que la pollinisation entre plantes de même morphe et l’auto-pollinisation sont incompatibles (on parle de croisements illégitimes)^[4]. Par exemple, dans le cas des espèces distyliques, le pollen produit par les étamines longues est compatible avec les styles courts et inversement. La population est donc divisée en deux groupes compatibles.

Signification adaptative

Déjà Darwin proposait en 1877 que le positionnement réciproque des anthères et stigmates des morphes floraux des plantes hétérostyles permettrait de favoriser l’allopollinisation en plaçant le pollen d’un morphe sur une partie du corps de l’insecte pollinisateur correspondant précisément à la zone qui entrera en contact avec les stigmates d’un autre morphe. Il observa d’ailleurs que lorsqu’il introduisait différents objets comme des poils, des aiguilles ou des proboscis d’abeilles mortes dans des fleurs de Primula spp., les grains de pollen étaient déposés sur des zones différentes suivant le morphe. D’autres auteurs ont, par la suite, examiné la répartition du pollen brévistyle et longistyle sur des insectes visitant des plantes distyliques. Le pollen des deux morphes se trouvait sur des parties différentes du corps des pollinisateurs visitant Fagopyrum esculentum (Rozov & Skrebtsova, 1958, cité par Namai, 1990), Pulmonaria et Cratoxylum^[5]. Chez Eichhornia paniculata (Pontederiaceae), une espèce tristylique, les fleurs tubulaires sont auto-compatibles et pourtant 77% des fécondations sont inter-morphes ^[6].

L’auto-incompatibilité presque toujours associée à l’hétérostylie rend infructueuse toute pollinisation entre morphe de même type. Baker^[7] reconnaît que le pollen déposé sur un stigmate incompatible est gaspillé car il ne participe pas au fitness de la plante. Il doit donc exister une pression de sélection tendant à diminuer les transferts incompatibles et augmenter les transferts compatibles.

On observe chez la plupart des espèces distyliques que les stigmates des fleurs longistyles récoltent plus de pollen que ceux des fleurs brévistyles^[8]. Cela est attribué à la plus grande accessibilité, au contact avec des insectes, des styles longs que des styles courts^[9]. Dans la plupart des espèces hétérostyles, les étamines courtes des fleurs longistyles produisent des grains de pollens plus nombreux et plus petits^[10]. Selon Ganders^[11], la production plus importante en grains de pollen des fleurs longistyles servirait à compenser le faible dépôt de pollen sur les stigmates des fleurs brévistyles. Celles-ci reçoivent, en conséquence, une plus grande proportion de pollen compatible. La taille inférieure de ces grains ne serait qu’un moyen physiologique pour en produire un nombre plus important^[12].

Contrôle génétique

Les loci contrôlant les réactions d’incompatibilités des espèces distyliques sont étroitement liés aux loci contrôlant l’hétéromorphie, si bien qu’ils sont hérités ensemble comme un seul gène se comportant à la façon d’un facteur mendélien simple, appelé supergène S^[13],[14]. Celui-ci commande la différenciation en plantes brévistyles, hétérozygotes (Ss), et longistyles, homozygotes récessives (ss)^[15]. Cela implique qu’un rapport 1:1 entre les deux morphes est maintenu de génération en génération. Etant donné que les croisements entre plantes brévistyles ne sont pas compatibles, il ne peut pas exister de plantes brévistyles homozygotes SS. Ce génotype apparaît toutefois naturellement dans les populations des rares espèces distyliques autogames comme Amsinckia spectabilis (Boraginaceae)^[16].

C’est Dowrick^[17] qui a avancée la première cette notion de supergène en travaillant sur Primula obconia. Elle proposa alors trois sous-gènes : G, P et A contrôlant respectivement la longueur du style, la taille du pollen et la longueur du filet. En irradiant des akènes de sarrasin, Sharma & Boyes^[18] ont confirmé que celui-ci suivait également le modèle du supergène. Ils ont complétés les trois premiers sous-gènes par deux autres contrôlant la réaction d’incompatibilité du style (Is) et du pollen (Ip). Le supergène S différencierait ainsi les deux génotypes.

On pourrait parler d’un système multiallélique d’autoincompatibilité mais les loci seraient tellement proches l’un de l’autre sur le chromosome qu’on devrait considérer le système comme diallélique. Les recombinaisons entre les sous-gènes sont rares.

Sources

1. ↑ GANDERS F.R. 1979. The biology of heterostyly. New Zeland Journal of Botany 17: 607-635.
2. ↑ DULBERGER R. 1992. Floral polymorphisms and their functional significance in the heterostylous syndrome. In: Barrett, S.C.H., ed. Evolution and function of heterostyly. Springer-Verlag, Berlin, pp. 41-84.
3. ↑ GANDERS F.R. 1979. The biology of heterostyly. New Zeland Journal of Botany 17: 607-635.
4. ↑ RICHARDS A.J. 1997. Plant breeding systems. Chapman & Hall, 201-296.
5. ↑ LLOYD D.G. & WEBB C.J. 1992. The selection of heterostyly. In: Barrett, S.C.H., ed. Evolution and function of heterostyly. Springer-Verlag, Berlin, pp. 179-207.
6. ↑ KOHN J.R. & BARRETT C.H. 1992. Experimental studies on the functional significance of heterostyly. Evolution 46: 43-55.
7. ↑ BAKER H.G. 1964. Variation in style length in relation to outbreeding in Mirabilis (Nyctaginaceae). Evolution 18: 507-512.
8. ↑ DULBERGER R. 1992. Floral polymorphisms and their functional significance in the heterostylous syndrome. In: Barrett, S.C.H., ed. Evolution and function of heterostyly. Springer-Verlag, Berlin, pp. 41-84.
9. ↑ GANDERS F.R. 1975. Mating patterns in self-incompatible distylous populations of Amsinckia (Boraginaceae). Canadian Journal of Botany 53: 773-779.
10. ↑ DULBERGER R. 1992. Floral polymorphisms and their functional significance in the heterostylous syndrome. In: Barrett, S.C.H., ed. Evolution and function of heterostyly. Springer-Verlag, Berlin, pp. 41-84.
11. ↑ GANDERS F.R. 1979. The biology of heterostyly. New Zeland Journal of Botany 17: 607-635.
12. ↑ GANDERS F.R. 1975. Mating patterns in self-incompatible distylous populations of Amsinckia (Boraginaceae). Canadian Journal of Botany 53: 773-779.
13. ↑ CHARLESWORTH D. & CHARLESWORTH B. 1979. A model for the evolution of distyly. American Naturalist. 114: 467-498.
14. ↑ GANDERS F.R. 1979. The biology of heterostyly. New Zeland Journal of Botany 17: 607-635.
15. ↑ GANDERS F.R. 1979. The biology of heterostyly. New Zeland Journal of Botany 17: 607-635.
16. ↑ GANDERS F.R. 1975. Mating patterns in self-incompatible distylous populations of Amsinckia (Boraginaceae). Canadian Journal of Botany 53: 773-779.
17. ↑ DOWRICK V.P.J. 1956 Heterostyly and homostyly in Primula obconia. Heredity 10: 219-236.
18. ↑ SHARMA K.D. & BOYES J.W. 1961. Modified incompatibility of buckwheat following irradiation. Canadian Journal of Botany 39: 1241-1246.

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