Schéma représentant les niveaux des différentes protéines PRR et l'activité de la protéine PIF au cours du cycle de 24 heures. Ci-dessous, il représente comment ces protéines affectent la croissance de la Arabidopsis semis. Crédit :Guiomar Martín et Judit Soy
Des chercheurs du Centre de recherche en génomique agricole (CRAG) ont découvert que les membres d'une famille de protéines associées aux horloges internes des plantes agissent de manière séquentielle pour limiter la croissance des plantes jusqu'au bout de la nuit. Cela pourrait aider les chercheurs à comprendre comment les plantes gèrent les différents types de stress qui affectent leur croissance, comme la sécheresse ou les températures élevées.
Le prix Nobel de physiologie ou médecine a récemment été décerné à trois chercheurs américains, Salle, Rosbach et Young, pour leurs « découvertes de mécanismes moléculaires contrôlant le rythme circadien ». Grâce à leurs recherches, on sait que les mouches des fruits ont une horloge interne constituée d'un ensemble de protéines cellulaires dont la quantité oscille par périodes de 24 heures. Ces oscillations, qui sont entretenus de manière autonome, expliquer comment les organismes vivants adaptent leur rythme biologique pour qu'il soit synchronisé avec la rotation de la Terre.
Les plantes, comme des animaux, ont également une horloge interne. En réalité, les premières hypothèses sur l'existence d'une horloge circadienne chez les organismes vivants sont venues de l'observation des mouvements des feuilles et des fleurs chez les plantes. Par exemple, les feuilles des plants de mimosa se ferment la nuit et s'ouvrent le jour. En 1729, l'astronome français Jean Jacques d'Ortous de Mairan a placé un plant de mimosa dans l'obscurité et a observé que, malgré l'absence de stimulus lumineux, les feuilles s'ouvraient et se fermaient encore rythmiquement à l'heure appropriée de la journée.
Les biologistes moléculaires d'aujourd'hui savent que les tiges d'Arabidopsis thaliana s'allongent juste avant l'aube lorsque les jours sont courts (hiver). Des études de ces dernières années ont montré que cet allongement de la tige chez les jeunes plantules est contrôlé par les protéines PIF, dont l'accumulation cellulaire dépend de la lumière du soleil. Ainsi, la lumière favorise la dégradation des protéines PIF au cours de la journée. La nuit, cependant, Les protéines PIF s'accumulent à l'intérieur de la cellule, et juste avant l'aube, favoriser la croissance des tiges des plantes. Mais pourquoi la jeune tige ne pousse-t-elle qu'avant l'aube et non pendant toute la nuit ?
La réponse à cette question est venue avec un travail publié en 2016 par le groupe de recherche d'Elena Monte. Cette étude a découvert qu'une protéine d'horloge interne (TOC1 ou PRR1) agit comme une porte pendant la nuit, permettant à PIF d'agir uniquement en fin de nuit. Maintenant, une nouvelle étude du même groupe de recherche CRAG, publié cette semaine dans la revue Biologie actuelle , élargit ces résultats. Elena Monte, avec son équipe et ses collaborateurs, ont découvert que d'autres composants de la même famille de protéines d'horloge interne, le PRR, agissent de manière séquentielle pendant la journée et la majeure partie de la nuit pour supprimer l'action des protéines PIF.
Arabidopsis thaliana semis. La plantule de gauche est de type sauvage et celle de droite porte une mutation du gène CDF5 qui produit la protéine de manière constitutive, et par conséquent s'allonge. Crédit :Guiomar Martín
La quantité des différentes protéines PRR (PRR1, PRR5, PRR7 et PRR9) oscillent séquentiellement par périodes de 24 heures. A la fin de la nuit, la quantité totale de protéines PRR dans la cellule atteint son minimum, permettant l'action des protéines PIF, lequel, en raison de l'absence de lumière, sont à leur pic de concentration maximale. Ainsi, bien que certaines protéines PIF soient détectées pendant la journée, ils ne peuvent favoriser l'extension de la tige jusqu'au bout de la nuit, quand la porte s'ouvre, coïncidant avec les conditions d'humidité optimales pour l'allongement.
"Nos résultats montrent que la régulation de la croissance des plantes a évolué chez les plantes pour englober l'action séquentielle orchestrée des PRR. Cela démontre le double rôle des PRR - en tant que régulateurs des composants de l'horloge centrale et en tant que répresseurs physiologiques de la croissance, " explique Elena Monte. " Grâce à cette étude, nous avons appris comment l'horloge circadienne des plantes affecte la croissance des plantes, qui est un processus important au niveau agronomique, " ajoute Guiomar Martín, le premier auteur de l'ouvrage, qui est actuellement à l'Institut des sciences Gulbenkian (Portugal).
CDF5 :un nouveau gène clé pour la croissance de la tige
Dans l'ouvrage publié cette semaine dans Biologie actuelle , les auteurs ont réalisé une analyse exhaustive des interactions entre les protéines et l'ADN de la plante Arabidopsis thaliana. Cette analyse a révélé que le gène CDF5 induit la croissance des tiges juste avant l'aube. Des chercheurs ont montré que l'expression du gène CDF5 est strictement régulée par l'union des protéines PIF (qui favorisent son expression) et des protéines d'horloge PRR (qui empêchent son expression). De cette façon, Le CDF5 s'accumule spécifiquement pendant la phase précédant l'aube, lorsqu'il induit l'allongement cellulaire et, par conséquent, le prolongement de la tige.
Pour vérifier la fonction de ces gènes et protéines, les chercheurs ont observé la croissance de plantes arabidopsis porteuses de mutations dans ces gènes. Les plantes qui avaient perdu l'un des gènes de la famille PRR (PRR7) ont grandi plus longtemps que leurs homologues de type sauvage. La même chose s'est produite dans les plantes dans lesquelles les chercheurs ont modifié le gène CDF5 afin qu'il puisse être exprimé pendant les 24 heures, indépendamment des actions PIF et PRR.
