Parmi les plantes à fleurs, la famille des roses (appelée Rosaceae) affiche une incroyable diversité, y compris des rouges classiques comme l’American beauty. Mais en plus des plantes ornementales qui font le cadeau romantique parfait, la famille des Rosaceae comprend également des aliments de base vitaux pour les régimes alimentaires mondiaux et les économies de cultures commerciales. Ils présentent une gamme extraordinaire de variations dans la taille et les formes des arbres, des buissons et des fruits succulents, des fraises et des framboises, aux pommes Jonathan, aux prunes, aux cerises et aux amandes, en passant par les pêches de Géorgie alléchantes.
Pour les biologistes de l’évolution, les Rosaceae offrent une excellente occasion de comprendre comment les fruits ont évolué des types ancestraux aux variétés actuelles sèches ou charnues qui, avec l’aide des animaux, se sont répandues dans une distribution mondiale d’environ 3 000 espèces connues.
Dans une nouvelle collaboration internationale entre des institutions chinoises et américaines. institutions dont l’Université Fudan, le Huanggang Normal College, l’Université d’État de Pennsylvanie et la Smithsonian Institution, dirigée par les professeurs Hong Ma et Jun Xiang, les auteurs ont réalisé un tour de force de l’étude évolutive des fruits de Rosaceae à partir des analyses de 125 plantes à fleurs avec de grands ensembles de données de séquences génétiques, dont celles de 117 espèces de Rosaceae.
Leurs résultats, publiés dans la première édition en ligne de la revue Molecular Biology and Evolution, ont montré une nouvelle image évolutive de la taille et de la forme des plantes Rosaceae, des fleurs et, surtout, des fruits.
Premièrement, un nouvel arbre de vie pour les Rosaceae a été reconstruit en utilisant les séquences de gènes nucléaires nouvellement obtenues pour étudier l’évolution des types de fruits et d’autres caractères dans le contexte des temps géologiques. Ils ont également trouvé des preuves solides de duplication du génome entier qui a probablement généré de nouveaux gènes contribuant à la diversité des Rosaceae.
Le nouvel arbre évolutif retrace les débuts de la famille des Rosaceae jusqu’à il y a environ 120 millions d’années (Mya), lorsque l’ancêtre des Rosaceae s’est séparé des autres familles. Près de 20 millions d’années plus tard, la sous-famille des arbustes Dryadoideae s’est séparée des deux autres sous-familles, immédiatement suivie par une divergence des deux plus grandes sous-familles à environ 100 millions d’années, à la limite entre le Crétacé inférieur et le Crétacé supérieur. À partir de là, d’autres expansions au cours des éons ont abouti aux 3 000 espèces observées aujourd’hui.
En outre, leur analyse des plusieurs milliers de séquences de gènes a apporté des preuves solides de plusieurs duplications de génomes entiers qui ont probablement facilité la spécialisation de la taille des arbres et des fruits, non seulement en soutenant l’hypothèse que la tribu des pommiers (un grand groupe avec de nombreux genres) avait deux duplications de génomes entiers étroitement espacées, mais aussi en révélant une autre dans la tribu des Amygdaleae des fruits à noyau, y compris les prunes, les cerises, les amandes, les abricots et les pêches.
« Il est probable que les duplications du génome entier détectées ici et les facteurs environnementaux, tels que l’alimentation animale, ont contribué à l’évolution des nombreux types de fruits chez les Rosaceae. Les résultats de cet article fournissent une base pour comprendre l’évolution des fruits chez les plantes à fleurs », a déclaré Hong Ma, l’un des superviseurs de l’étude.
Puis, à partir de leur arbre évolutif nouvellement développé, ils ont retracé l’histoire évolutive des formes de fruits. Les auteurs suggèrent que les fruits ancestraux de la sous-famille des pommes et des pêches étaient probablement un ensemble de cinq follicules agrégés.
« Les fruits élargis et charnus ont probablement évolué de deux manières distinctes. D’une part, la paroi interne du fruit (ou endocarpe) est devenue dure, formant le nuculanium ; d’autre part, la paroi médiane du fruit (ou péricarpe), auparavant sèche, est devenue charnue et le nombre de carpelles a diminué à un ou deux, donnant finalement naissance à la drupe (fruits dénoyautés, comme la pêche, la prune, la cerise et l’abricot) « , a déclaré Jun Xiang, qui a codirigé le projet. « Alternativement, après que cinq carpelles soient devenus connés, le réceptacle devient semblable à une urne et enveloppe davantage les pistils, ce qui donne des ovaires semi-inférieurs (comme l’aubépine) et totalement inférieurs (comme la pomme). »
Mais une famille de roses -par tout autre nom- signifie aussi se concentrer sur les fleurs. En ce qui concerne les fleurs, la plupart des espèces de Rosaceae partagent certains caractères ancestraux communs, comme le fait de porter un hypanthium, qui est une connotation du réceptacle et de la partie basale du périanthe (sépales et pétales) et des étamines, et d’avoir des sépales et des pétales pentamères (les espèces répandues par le vent ont tendance à ne pas avoir de pétales). Cependant, le nombre et la forme des pistils varient entre les différents groupes de la famille. « Un pistil apocarpe avec un ovaire supérieur et de nombreux carpelles est soutenu comme le caractère ancestral des Rosaceae », a déclaré Ma.
Les auteurs concluent également que les plantes des espèces de Rosaceae ont très probablement évolué à partir d’arbustes. « La plupart des espèces de la sous-famille des Rosoideae (y compris le fraisier et le framboisier) ont tendance à diminuer leur taille pour devenir des herbes pérennes ou annuelles avec de petites feuilles composées et une masse de petites graines sèches », a déclaré Hong Ma. « Au contraire, les arbres sont nés indépendamment dans la tribu avec les pommes et les poires et la tribu avec les fruits dénoyautés dans la sous-famille des pêches (Amygdaloideae), avec plus d’exposition à la lumière et plus de feuilles pour récolter l’énergie lumineuse. » « Ces avantages auraient pu permettre aux membres de ces tribus de produire plus de fruits par plante, et des fruits plus charnus et nutritifs pour attirer les animaux », a déclaré Jun Xiang.