L’étrange histoire génétique de la menthe poivrée Black Mitcham

La menthe poivrée fait partie des saveurs les plus reconnaissables au monde. Derrière cette fraîcheur évidente se cache pourtant une histoire génétique étonnamment singulière.

L’essentiel de la menthe poivrée consommée dans le monde provient d’une seule plante repérée il y a des siècles.

Cette plante, baptisée Black Mitcham, est incapable de produire des graines. Les producteurs la multiplient inlassablement par boutures, en recopiant le même individu.

D’où une question simple : si une plante ne se reproduit pas sexuellement, de quelle manière évolue-t-elle au fil du temps ? Une étude récente apporte des éléments de réponse.

Les résultats montrent que, chez ces plantes clonées, les mutations ne se diffusent pas de façon homogène. Elles demeurent cantonnées à certaines couches de tissus, comme dissimulées à l’intérieur de la plante.

Une seule plante clonée à l’infini

La menthe poivrée Black Mitcham a profondément influencé l’industrie mondiale de la menthe. Toutes les plantes cultivées aujourd’hui remontent à un unique clone d’origine.

Depuis des centaines d’années, les agriculteurs misent sur elle pour son goût puissant en menthol.

Mais une telle dépendance n’est pas sans danger : une maladie pourrait anéantir l’ensemble de la production. Les chercheurs cherchent donc à comprendre comment ce clone se modifie génétiquement, même en l’absence de graines.

« L’huile de menthe poivrée Black Mitcham est utilisée par des entreprises du monde entier pour les confiseries, le chewing-gum et le dentifrice », a déclaré Luca Comai, professeur distingué au Centre du génome de l’UC Davis.

« Ce clone est mis en péril par des maladies ; l’industrie de la menthe doit donc s’assurer qu’elle pourra continuer à le cultiver, ou à disposer d’une variété similaire aux propriétés équivalentes ou meilleures. »

Des plantes construites en couches

Les plantes peuvent paraître simples, mais leur organisation interne est sophistiquée. À l’extrémité de croissance, les cellules s’organisent en trois couches, que les scientifiques nomment L1, L2 et L3.

Chaque couche remplit un rôle spécifique. La couche externe, L1, forme l’épiderme et les structures qui produisent les huiles. La couche L2 génère des tissus internes ainsi que les cellules reproductrices.

La couche L3, elle, construit des tissus plus profonds, comme les racines et les vaisseaux.

Ces couches restent, dans une large mesure, séparées. Lorsqu’une mutation survient dans l’une d’elles, elle ne se propage généralement pas aux autres.

On obtient alors une chimère : une plante dont les couches portent des identités génétiques différentes.

Provoquer des mutations chez la menthe

Les chercheurs ont exposé des bourgeons de menthe poivrée à des rayonnements gamma. Cette technique, utilisée depuis des décennies, induit des mutations aléatoires dans l’ensemble du génome.

« Cette méthode de mutagenèse a presque 100 ans, mais elle reste un outil puissant pour explorer les fonctions des gènes et le développement des plantes, surtout lorsqu’on l’associe aux outils génomiques de pointe d’aujourd’hui », a indiqué Comai.

L’équipe a traité 550 bourgeons. Après plusieurs cycles de culture et de sélection, 261 plantes mutantes stables ont été conservées. Chacune présentait des modifications génétiques propres.

Construire un génome complexe

Sur le plan génétique, la menthe poivrée n’a rien d’un modèle simple : elle possède six copies de chaque chromosome, ce qui complique fortement l’analyse du génome.

Les chercheurs ont élaboré une carte génomique détaillée. Elle rassemblait plus de 100 grands segments et couvrait près de 1.8 milliard de bases d’ADN.

Grâce à cette ressource, ils ont pu suivre les mutations à travers différentes copies d’un même gène.

Des mutations réparties de façon inégale

Au total, l’équipe a identifié plus de 1,400 grandes mutations parmi les plantes étudiées. En moyenne, chaque plante en portait environ cinq.

Il s’agissait le plus souvent de délétions plutôt que d’insertions. Et, comme attendu, les doses de radiation les plus élevées provoquaient davantage de mutations, confirmant le bon fonctionnement de la méthode.

Cependant, un élément atypique est ressorti : les mutations n’entraînaient pas une perte totale du signal dans toutes les cellules. À la place, les effets semblaient partiels.

D’étranges profils de couverture

Lorsqu’on mesure l’ADN, on s’attend à ce qu’une région supprimée n’émette plus de signal. Or, ici, la baisse n’était que partielle.

Dans certaines zones, le signal descendait à environ 70 % du niveau normal. Ailleurs, il tombait plutôt autour de 30 %.

Ce schéma correspond à l’organisation en couches des plantes. Environ 30 % des cellules d’une feuille proviennent de L1 ; le reste vient de L2 et L3. Ainsi, une mutation limitée à une seule couche modifie le signal d’une manière prévisible.

La majorité des mutations restaient confinées à une couche unique. Seules quelques-unes apparaissaient dans l’ensemble des couches.

Les racines confirment l’hypothèse

Pour vérifier cette interprétation, les chercheurs se sont appuyés sur les racines. Chez la menthe poivrée, les racines dérivent de la couche L3.

Si une mutation n’existe que dans L1, elle ne devrait pas être détectable dans les racines. Si elle se situe dans L2 et L3, elle devrait au contraire y apparaître nettement.

Les observations ont correspondu à ces prédictions, confirmant que les mutations restent verrouillées à l’intérieur des couches.

La couche externe évolue plus vite

La couche la plus externe présentait davantage de mutations que les couches internes, un motif déjà observé chez d’autres plantes.

Les scientifiques estiment que cela pourrait jouer un rôle protecteur. La couche interne produit les cellules reproductrices et pourrait donc limiter les dommages. À l’inverse, la couche externe, en contact avec l’environnement, pourrait tolérer plus de changements.

« Cela soutient notre hypothèse selon laquelle les cellules L1 pourraient accumuler des mutations plus rapidement afin de fournir une variation utile avec peu de conséquences génétiques à long terme, tandis que les cellules souches L2 auraient pu évoluer pour être plus résistantes aux mutations afin de protéger les cellules sexuelles de la plante », a déclaré Isabelle Henry, autrice principale de l’étude.

Une menthe sans menthol

Certaines mutations se traduisaient par des effets visibles. Deux plantes affichaient une chute marquée de leur teneur en menthol.

En temps normal, l’huile de menthe poivrée contient environ 42 % de menthol. Chez ces mutants, la proportion passait sous les 5 %. À la place, des composés précurseurs s’accumulaient.

« La menthe aime manifestement varier la composition de son huile », a expliqué Comai.

« Ces huiles ne sont pas là pour que nous fassions du chewing-gum ; ce sont des composés de défense. Avoir des variations dans les propriétés des huiles permet aux plantes de s’adapter à l’arrivée de nouveaux herbivores et agents pathogènes. »

Un seul gène façonne la saveur

Les chercheurs ont relié ce changement à un gène unique, qui pilote la dernière étape de la production de menthol.

La menthe poivrée possède six copies de chaque gène. Pourtant, dans ce cas, une seule copie jouait un rôle déterminant. La perte de cette copie suffisait à provoquer une baisse spectaculaire.

La mutation se trouvait dans la couche externe, là où la production d’huile a lieu. Ainsi, une modification génétique limitée pouvait entraîner un effet très marqué.

Repenser la génétique des plantes

Ce résultat bouscule certaines idées établies. On pensait que la multiplication des copies de gènes protégeait les plantes contre les mutations. Cette étude montre qu’une copie dominante peut, à elle seule, gouverner un caractère.

Si cette copie est touchée, la plante peut changer de manière majeure. Le constat vaut pour de nombreuses cultures à génomes complexes.

Une nouvelle voie pour la sélection

De nombreuses cultures se reproduisent difficilement. Les agriculteurs recourent au clonage pour les bananes, les raisins et la menthe, ce qui limite la diversité génétique.

L’étude met en avant une autre stratégie : générer des mutations, les suivre précisément, puis sélectionner des caractères utiles.

« Nos résultats fournissent une ressource puissante pour étudier la génomique de la menthe et une méthode peu coûteuse, non-OGM, pour induire une variation génétique et améliorer des cultures stériles », a déclaré Nestor Kippes, premier auteur de l’étude et ancien chercheur au Département de biologie végétale et au Centre du génome de l’UC Davis.

Modifier couche par couche

L’idée la plus prometteuse réside dans la précision : à l’avenir, les scientifiques pourraient viser des couches spécifiques.

Ils pourraient, par exemple, modifier la production d’huile sans toucher aux racines. Ou renforcer la résistance aux maladies dans une couche tout en maintenant stables les autres caractéristiques.

« Cela signifie que nous pourrions introduire une résistance aux maladies dans les racines sans affecter les feuilles ni l’architecture de la plante », a déclaré Kippes.

« Notre méthode offre une feuille de route non transgénique et rentable pour y parvenir. »

Un monde caché dans les feuilles

La menthe poivrée semble d’une grande simplicité. Pourtant, elle renferme un système génétique stratifié, riche en variations.

Cette étude montre qu’une plante clonée peut malgré tout évoluer par petites touches. Les mutations ne se répartissent pas uniformément : elles restent dissimulées, influençant les caractères depuis l’intérieur.

Une plante née dans un jardin il y a des siècles aide aujourd’hui les scientifiques à comprendre comment le vivant s’adapte sans reproduction sexuée. Sous chaque feuille, un registre silencieux du changement s’écrit, couche après couche.