Dans une étude publiée dans Nature Communications , les chercheurs ont déchiffré le mécanisme moléculaire qui régule les mouvements rythmiques des stomates tout au long de la journée.
Les stomates sont constitués de deux cellules de garde appariées (GC) et des pores entre elles, dont la taille dépend du gonflement ou du rétrécissement des cellules, augmentant ou diminuant ainsi l'ouverture stomatique. Les ouvertures stomatiques optimales sont déterminées par l'intégration de différents facteurs environnementaux et internes.
En général, la fermeture se produit dans l'obscurité et sous stress hydrique en réponse à l'hormone de stress ABA (acide abscissique) pour empêcher la perte d'eau, tandis que la lumière induit l'ouverture des stomates pour permettre au CO2 absorption et O2 sortie pendant la journée.
Pour bien comprendre les mécanismes contrôlant les mouvements des stomates, les chercheurs du Centre de recherche en génomique agricole dirigés par Elena Monte ont étudié la plante modèle Arabidopsis thaliana dans des périodes de lumière et d'obscurité contrôlées pour surveiller l'ouverture des stomates et identifier les protéines et les gènes impliqués, en utilisant des méthodes de biologie moléculaire. ainsi que des analyses bioinformatiques.
Les chercheurs ont découvert qu'une famille de protéines appelées PIF (Phytochrome Interacting Factors) s'accumule à la fin de la nuit, et qu'il s'agit d'une étape cruciale pour induire l'ouverture des stomates le matin.
Les PIF sont des facteurs de transcription qui contrôlent l'expression de certains gènes et, dans ce cas, les chercheurs ont déterminé que l'accumulation de PIF déclenche l'expression du gène KAT1, un potassium spécifique aux cellules de garde (K + ) canal qui contrôle la quantité d’ions et, par conséquent, la quantité d’eau entrant dans ces cellules. Le matin, la présence de lumière active la protéine KAT1, déclenchant l'apport d'ions potassium et le gonflement des cellules de garde, provoquant ainsi l'ouverture des stomates.
Nil Veciana et Arnau Rovira, co-premiers auteurs de l'ouvrage, soulignent l'importance des résultats obtenus dans un cadre expérimental « sans restriction d'eau et donc sans niveaux d'ABA endogènes », des conditions dans lesquelles il existe une ouverture rythmique des stomates et la la réponse réglementaire aux cycles obscurité/lumière peut être évaluée.
En fait, cette interaction entre la fonction PIF et la signalisation ABA endogène dans les cellules de garde est essentielle à la régulation dynamique des stomates. Pendant la nuit, l'ABA endogène est nécessaire pour maintenir les stomates fermés, tandis que le matin, une réduction de l'ABA est nécessaire pour l'ouverture des stomates induite par la lumière et régulée par le PIF.
Bien que les stomates soient connus pour leurs mouvements rythmiques et que les protéines responsables de l'ouverture-fermeture soient déjà connues, c'est la première fois que le mécanisme transcriptionnel exact régulant l'ouverture des stomates pendant le jour et la nuit est élucidé. De plus, l'identification du PIF et du KAT1 comme acteurs essentiels de cette régulation ouvre la possibilité de nouvelles voies de recherche et d'éventuelles approches biotechnologiques.
Comprendre comment le cycle lumière/obscurité régule l'ouverture stomatique pourrait être utilisé pour identifier des cibles permettant d'optimiser le rendement des plantes et leur adaptation à différents facteurs de stress, par exemple dans un environnement restrictif en eau et dans des conditions de sécheresse.
Plus d'informations : Arnau Rovira et al, des régulateurs transcriptionnels PIF sont nécessaires pour les mouvements stomatiques rythmiques, Nature Communications (2024). DOI :10.1038/s41467-024-48669-4
Informations sur le journal : Communications naturelles
Fourni par le Centre de Recherche en Génomique Agricole (CRAG)
