Une étude menée par des chercheurs de l'Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech) a révélé que deux enzymes clés des plantes appelées PAH1 et PAH2 sont essentielles à la survie et à la croissance dans des conditions d'appauvrissement en azote. L'étude jette un nouvel éclairage sur la façon dont les plantes pourraient être modifiées à l'avenir pour renforcer la tolérance aux environnements pauvres en nutriments.

La façon dont les plantes tolèrent la privation d'azote est un mystère de longue date. L'azote est vital pour la production d'acides aminés, les éléments constitutifs des protéines végétales, et de nombreux autres composants nécessaires pour maintenir la vie. Des chercheurs japonais ont maintenant découvert que deux enzymes impliquées dans la biosynthèse des lipides appelées PAH1 et PAH2 sont essentielles à la croissance des plantes pendant la privation d'azote. Cette découverte fait progresser les connaissances fondamentales sur les processus régulant la croissance des plantes.

Publié dans Frontières en sciences végétales , la recherche est le résultat d'une collaboration entre des scientifiques de Tokyo Tech, l'Université de Tokyo et l'Université de pharmacie et des sciences de la vie de Tokyo.

En étudiant une petite plante à fleurs appelée Arabidopsis thaliana, l'équipe a montré que désactiver deux gènes, HAP1 et HAP2, (dans un processus connu sous le nom de double knock-out) a conduit à une sensibilité accrue à la privation d'azote. Arabidopsis est un choix populaire parmi les biologistes végétaux en raison de son cycle de vie relativement court (environ deux mois) et de la petite taille du génome (environ 135 paires de mégabases), le rendant idéal pour une utilisation comme espèce modèle.

L'équipe a comparé la teneur en chlorophylle et l'activité photosynthétique des plantes à double knock-out, plantes transgéniques qui ont été modifiées pour produire plus (ou surexprimer) PAH1 et PAH2, et les plantes de type sauvage. Les plantes à double inactivation se sont avérées avoir une teneur en chlorophylle inférieure à celle du type sauvage dans des conditions d'appauvrissement en azote. Remarquablement, l'équipe a découvert que les plantes transgéniques présentaient une plus grande quantité de chlorophylle et une plus grande activité photosynthétique que les plantes de type sauvage sous manque d'azote (voir Figure 1).

Mie Shimojima de l'École des sciences et technologies de la vie, Tokyo Tech, affirme que l'étude s'appuie sur environ 20 ans de travail mené par son groupe de recherche sur le remodelage des lipides membranaires dans des conditions d'appauvrissement en phosphate inorganique (Pi).

« Quand les plantes souffrent de la famine de Pi, les phospholipides des membranes cellulaires sont dégradés et remplacés par des glycolipides, ou des lipides contenant du sucre; c'est ainsi que les plantes survivent à la pénurie de Pi, " dit Shimojima. " En 2009, nos collègues Yuki Nakamura et d'autres ont montré que les HAP1 et HAP2 sont cruciaux pour la croissance des plantes dans des conditions d'appauvrissement en Pi."

De plus en plus de preuves ces dernières années suggèrent que la réponse des plantes à la privation de Pi et à la privation d'azote pourrait être liée. "C'est pourquoi nous avons analysé la tolérance au manque d'azote chez la plante Arabidopsis dépourvue de PAH1 et PAH2, " dit Shimojima. " Notre étude renforce l'idée que le mécanisme de remodelage lipidique induit par la famine de Pi est également impliqué dans la réponse à la famine d'azote. "

"Toutes nos découvertes jusqu'à présent indiquent que le PAH1 est impliqué dans une sorte de processus de réparation ou d'entretien des structures membranaires chloroplastiques, " poursuit-elle. " Cependant, puisque l'HAP est une enzyme cytosolique, il peut y avoir d'autres protéines essentielles impliquées dans ce mécanisme au sein de la membrane."

D'autres études seront nécessaires pour élucider les mécanismes moléculaires qui sous-tendent la tolérance au manque d'azote et pour explorer comment ces connaissances peuvent être utilisées dans des applications agricoles et biotechnologiques.