Les plantes, comme d'autres organismes, peuvent être gravement affectées par le stress thermique. Pour augmenter leurs chances de survie, ils activent la réponse au choc thermique, une voie moléculaire également utilisée par les cellules humaines et animales pour se protéger du stress. Des chercheurs de l'Université technique de Munich (TUM) ont maintenant découvert que les hormones stéroïdes végétales peuvent favoriser cette réponse chez les plantes.

Il peut être difficile de s'en souvenir en hiver, mais juillet 2021 a été le mois le plus chaud jamais documenté. Aux États-Unis, la température moyenne était supérieure à la moyenne de juillet de 2,6 degrés Fahrenheit, et de nombreux pays d'Europe du Sud ont enregistré des températures supérieures à 45 degrés Celsius, y compris une température record de 48,8 degrés Celsius enregistrée sur la côte est. de Sicile en Italie.

Les dernières décennies ont vu une augmentation de l'incidence des vagues de chaleur avec des records dans le monde entier, et cela est considéré comme le résultat du changement climatique. Les vagues de chaleur se sont produites plus fréquemment, ont été plus chaudes et ont duré plus longtemps, avec de graves conséquences non seulement pour les humains et les animaux, mais aussi pour les plantes. "Le stress thermique peut affecter négativement les plantes dans leurs habitats naturels et déstabiliser les écosystèmes tout en réduisant considérablement les récoltes, menaçant ainsi notre sécurité alimentaire", déclare Brigitte Poppenberger, professeur de biotechnologie des cultures horticoles.

Les cellules activent une voie de défense moléculaire pour la protection contre le stress thermique

Pour survivre à de courtes périodes de stress thermique, les plantes activent une voie moléculaire appelée réponse au choc thermique. Cette réponse au choc thermique (commune à tous les organismes) protège les cellules des dommages infligés par le stress protéotoxique, qui endommage les protéines. Ce stress n'est pas seulement causé par la chaleur, mais peut également résulter de l'exposition à certaines toxines, aux rayons UV ou à la salinité du sol.

La réponse au choc thermique protège les cellules de diverses manières, l'une d'entre elles étant la production de protéines dites de choc thermique, qui servent de boucliers moléculaires qui protègent les protéines en empêchant le mauvais repliement.

Les brassinostéroïdes peuvent augmenter la résistance des plantes au stress thermique

Les plantes réagissent au stress thermique en activant des facteurs de choc thermique ainsi que d'autres acteurs moléculaires. En particulier, les hormones en tant que messagers chimiques sont impliquées. Parmi les hormones produites par les plantes figurent les brassinostéroïdes, qui régulent principalement leur croissance et leur développement. Mais, en plus de leurs propriétés favorisant la croissance, les brassinostéroïdes ont d'autres capacités intéressantes, l'une d'entre elles étant leur capacité à augmenter la résistance au stress thermique des plantes, et les chercheurs de TUM ont récemment découvert ce qui contribue à cette capacité protectrice.

En utilisant la plante modèle Arabidopsis thaliana, un groupe de recherche dirigé par le professeur Brigitte Poppenberger a pu élucider comment un facteur de transcription spécifique - une protéine spéciale responsable de l'activation ou de la désactivation de certaines sections de l'ADN - est régulé par les brassinostéroïdes. Ce facteur de transcription, appelé BES1, peut interagir avec les facteurs de choc thermique, permettant ainsi de cibler l'information génétique vers une synthèse accrue des protéines de choc thermique.

Lorsque l'activité BES1 est augmentée, les plantes deviennent plus résistantes au stress thermique, et lorsqu'elle est diminuée, elles y deviennent plus sensibles. De plus, le groupe a démontré que BES1 est activé par le stress thermique et que cette activation est stimulée par les brassinostéroïdes.

Applications potentielles dans l'agriculture et l'horticulture

"Ces résultats intéressent non seulement les biologistes qui tentent d'élargir notre compréhension de la réponse au choc thermique, mais ont également un potentiel d'application pratique dans l'agriculture et l'horticulture", déclare le professeur Poppenberger.

Des biostimulants contenant des brassinostéroïdes sont disponibles et peuvent être testés pour leur capacité à augmenter la résistance au stress thermique chez les plantes. Ces substances sont des produits naturels qui sont approuvés pour l'agriculture biologique et peuvent donc être utilisés sans problème. Alternativement, BES1 peut être une cible intéressante pour les approches de sélection. Cela pourrait être utilisé pour créer des variétés plus résistantes au stress thermique et ainsi fournir des rendements plus stables en cas de futures vagues de chaleur.