Givre sur Arabidopsis thaliana - une nouvelle découverte pourrait nous aider à faire pousser des cultures dans un climat fluctuant. Crédit : Centre John Innes
Le premier gel d'automne peut être sinistre pour les jardiniers, mais les dernières preuves révèlent qu'il s'agit d'un événement profond dans la vie des plantes.
La découverte peut affecter la façon dont nous cultivons des cultures dans un climat fluctuant et nous aider à mieux comprendre les mécanismes moléculaires chez les animaux et les humains.
Une grande partie de notre compréhension de la façon dont les plantes enregistrent la température au niveau moléculaire a été acquise grâce à l'étude de la vernalisation - l'exposition à une période prolongée de froid en guise de préparation à la floraison au printemps.
Des expérimentations sur la plante modèle Arabidopsis ont montré comment cette période prolongée de froid lève le frein à la floraison, un gène appelé FLC. Ce frein biochimique implique également une autre molécule COOLAIR qui est antisens au FLC. Cela signifie qu'il se trouve sur l'autre brin de L'ADN au FLC et il peut se lier au FLC et influencer son activité.
Mais on en sait moins sur la façon dont les changements naturels de température affectent ce processus. Comment COOLAIR facilite-t-il l'arrêt du FLC dans la nature ?
Pour le savoir, des chercheurs du John Innes Center ont utilisé des types naturels d'Arabidopsis cultivés dans différents climats.
Ils ont mesuré la quantité de COOLAIR allumée sur trois sites de terrain différents avec des conditions hivernales variables, un à Norwich, au Royaume-Uni, un dans le sud de la Suède et un dans le nord subarctique de la Suède.
Les niveaux de COOLAIR variaient selon les différentes accessions et les différents emplacements. Cependant, les chercheurs ont repéré quelque chose que toutes les plantes avaient en commun : la première fois que la température a chuté en dessous de zéro, il y a eu un pic de COOLAIR.
Pour confirmer cette augmentation de COOLAIR après la congélation, ils ont fait des expériences dans des chambres à température contrôlée qui simulaient les changements de température observés dans des conditions naturelles.
Ils ont découvert que les niveaux d'expression de COOLAIR augmentaient dans l'heure suivant la congélation et atteignaient un pic environ huit heures plus tard. Il y avait aussi une petite réduction des niveaux de FLC immédiatement après la congélation, reflétant la relation entre les deux composants moléculaires clés.
Ensuite, ils ont trouvé un Arabidopsis mutant qui produit des niveaux plus élevés de COOLAIR tout le temps même lorsqu'il ne fait pas froid, et de faibles niveaux de FLC. Lorsqu'ils ont modifié le gène pour désactiver COOLAIR, ils ont constaté que le FLC n'était plus supprimé, fournissant une preuve supplémentaire de cet élégant mécanisme moléculaire.
Le Dr Yusheng Zhao, co-premier auteur de l'étude, a déclaré : « Notre étude montre un nouvel aspect de la détection de la température chez les plantes dans des conditions de terrain naturelles. Le premier gel saisonnier sert d'indicateur important en automne pour l'arrivée de l'hiver. L'induction initiale dépendante du gel de COOLAIR semble être une caractéristique conservée au cours de l'évolution chez Arabidopsis et aide à expliquer comment les plantes détectent les signaux environnementaux pour commencer à faire taire le principal répresseur floral FLC pour aligner la floraison avec le printemps.
L'étude offre un aperçu de la plasticité du processus moléculaire de la façon dont les plantes ressentent les températures, ce qui peut aider les plantes à s'adapter à différents climats.
Le professeur Dame Caroline Dean, auteur correspondant de l'étude, a expliqué : « Du point de vue de l'usine, cela vous donne un moyen réglable d'arrêter le FLC. Toute modulation de l'antisens désactivera le sens et d'un point de vue évolutif, selon l'efficacité ou la rapidité avec laquelle cela se produit, et le nombre de cellules dans lesquelles cela se produit, vous avez alors un moyen de composer le frein de haut en bas entre les cellules.
Les résultats seront utiles pour comprendre comment les plantes et autres organismes perçoivent les signaux environnementaux fluctuants et pourraient être traduisibles pour améliorer les cultures en période de changement climatique.
La découverte sera également probablement largement pertinente pour la régulation environnementale de l'expression des gènes dans de nombreux organismes, car il a été démontré que la transcription antisens modifie la transcription dans les levures et les cellules humaines.
Référence : « Les fluctuations de température naturelles favorisent la régulation COOLAIR du FLC » par Yusheng Zhao1, Pan Zhu1, Jo Hepworth, Rebecca Bloomer, Rea Laila Antoniou-Kourounioti, Jade Doughty, Amelie Heckmann, Congyao Xu, Hongchun Yang et Caroline Dean, 13 mai 2021, Gènes et développement.
DOI : 10.1101/gad.348362.121
