Le changement climatique stresse les plantes, les obligeant à désactiver la machinerie cellulaire qui les aide à se développer. Crédit :Shutterstock
Les plantes qui peuplent la Terre ont l'incroyable capacité de pousser continuellement pendant des centaines d'années, et toujours vers la lumière du soleil, qui leur fournit l'énergie nécessaire pour germer.
A l'origine de cette croissance se trouvent les modifications de leur environnement, telles que les variations de lumière, de température et d'humidité. Mais de nouveaux stimuli issus des changements climatiques actuels perturbent la croissance normale des plantes.
En tant que doctorante en biochimie à l'Université du Québec à Montréal, je m'intéresse à la structure des protéines végétales, et étudie les façons dont les plantes s'adaptent aux stress environnementaux (sécheresse, froid, carences) au niveau moléculaire afin de sélectionner des variantes pour l'agriculture.
La longévité inégalée de Pando
La plus ancienne forêt de la planète, appelée Pando, a 80 000 ans. Situé dans l'Utah, il contient 40 000 génétiquement identiques (clones) de trembles tremblants ou tremblants. La colonie communique via un seul réseau racine.
Pando est considéré comme le plus ancien organisme vivant au monde. Cette colonie est née 30 000 ans avant le premier Homo sapiens installés en Europe. Pando a donc témoigné de la totalité de la vie humaine moderne :les empires de Chine et de Rome, les guerres mondiales et aussi les plus grands exploits de l'humanité.
Néanmoins, les peupliers de la colonie n'ont pas poussé sans arrêt depuis 80 000 ans. D'une part, leur développement est orchestré par les saisons. D'autre part, ils doivent contrôler leur croissance développementale en fonction de leurs besoins et de leurs capacités physiques à faire face aux agressions extérieures. En perturbant les stimuli environnementaux externes, la crise climatique actuelle affecte directement cette régulation normale de la croissance.
Trembles trembles identiques dans la forêt nationale de Fishlake, Utah. Agée de 80 000 ans, Pando est l'une des plus anciennes forêts du monde. Crédit :Shutterstock
Le secret de la croissance des plantes est enfoui dans la cellule
Les plantes forment de nouveaux organes tels que des feuilles, des fleurs ou des racines, selon les besoins pour répondre à un stimulus externe de l'environnement. Par exemple, un changement de la période d'exposition à la lumière au printemps déclenche la floraison.
Ces stimuli ciblent l'ADN en activant des gènes spécifiques pour le développement de chaque organe pour former une plante adulte. L'ADN est comparable à un dictionnaire de gènes qui contient le code des particularités physiques de la plante. Ces gènes sont les mots vivants qu'il faut lire pour exprimer leur signification et les informations qu'ils contiennent.
De la germination des graines à la reproduction des fleurs en passant par la formation des tiges, des racines et des feuilles, toutes les étapes du développement et de la croissance des plantes sont dues à un phénomène de lecture de gènes. Pour lire les gènes, des activateurs spécifiques sont nécessaires pour chacun des mots. Si les conditions environnementales changent et sont propices à la croissance, alors ces activateurs se positionnent à l'avant du gène pour le lire et l'exprimer, et conduisent à la croissance spécifique de l'organe codé par le gène.
L'activation des gènes est liée à la croissance des plantes grâce aux actions des activateurs de croissance. Crédit :(Souleïmen Jmii
Les protéines DELLA déterminent la croissance
Les plantes ne peuvent pas se permettre de pousser indéfiniment à cause des coûts énergétiques de la croissance. De plus, comme les animaux qui hibernent, les plantes cessent de pousser pendant l'hiver, devenant dormantes pour survivre à la saison. Pour ce faire, les plantes bloquent la lecture des gènes grâce à des garde-fous appelés protéines DELLA.
Trouvées uniquement dans les plantes, ces protéines ont été constantes tout au long de l'évolution. On les trouve notamment dans les mousses, les fougères, les conifères et les plantes à fleurs. Les DELLA sont situées dans le noyau cellulaire, au plus près de l'ADN. Ils sont produits en continu et peuvent bloquer les activateurs de gènes.
Pour mûrir, les plantes doivent détruire les DELLA pour libérer les activateurs. Les plantes ont développé un système de marquage de ces protéines pour influencer leur destin dans la cellule en fonction de leurs besoins. Pour dégrader les DELLA, la cellule ajoute une petite protéine, appelée ubiquitine, à sa surface. L'ubiquitine agit comme un timbre-poste qui indique à la cellule de livrer les DELLA vers une nouvelle destination, une "poubelle cellulaire", où elles seront dégradées.
Blocage de la croissance par séquestration des activateurs, grâce aux protéines DELLA. Crédit :Souleïmen Jmii
La dégradation des protéines DELLA par marquage à l'ubiquitine (Ub). Crédit :Souleïmen Jmii
Le stress climatique bloque la dégradation de DELLA
Les inondations ou les sécheresses se multiplient sur toute la planète. Du fait de leur immobilité, les plantes ne peuvent fuir ces agressions extérieures. Ces nouveaux paramètres environnementaux stressent les plantes sauvages et les cultures agricoles en perturbant leur croissance, c'est-à-dire qu'elles doivent économiser leur énergie pour survivre plutôt que croître, et ne doivent pas dégrader les protéines DELLA.
Cela nécessite que les protéines DELLA soient marquées d'une autre manière, par l'intermédiaire d'un cousin de l'ubiquitine, que les scientifiques ont nommé SUMO. SUMO remplace l'ubiquitine et sert de bouée de sauvetage pour ne pas se dégrader.
Compétition entre l'ubiquitine (Ub) et SUMO sur le même site de marquage. Crédit :Souleïmen Jmii)
En fait, l'étiquetage SUMO se fait exactement au même endroit où l'ubiquitine doit être ajoutée. La présence de SUMO ne permet plus d'ajouter de l'ubiquitine qui permet aux plantes de survivre aux événements climatiques défavorables.
Dans la crise climatique actuelle, il est important d'étudier et de comprendre ce mécanisme de croissance des plantes dans l'espoir de maintenir la durabilité des cultures agricoles. Les chercheurs travaillent activement pour isoler ou sélectionner des plantes capables d'activer rapidement SUMO afin de pousser dans des conditions environnementales défavorables.
