Pour la première fois, les chercheurs d'UC Riverside ont déterminé comment ces structures fonctionnent au niveau moléculaire, ainsi que où et comment elles se forment. Ces informations sont décrites dans deux nouvelles Nature Communications papiers.

Les scientifiques étudient depuis longtemps les compartiments liés aux membranes, appelés organites, dans les cellules végétales, tels que l'appareil de Golgi, les mitochondries et, plus important encore, le noyau, où l'ADN est copié et transcrit en ARN.

Cependant, on en sait beaucoup moins sur les organites sans membrane qui peuvent s'assembler et se désassembler dynamiquement à l'intérieur du noyau, comme les photocorps qui aident à détecter la lumière et la température dans les plantes.

"À une certaine époque, les gens appelaient ces photobodies" poubelles ", parce qu'ils ne les comprenaient pas. Quand les gens ne comprennent pas quelque chose, ils disent que c'est inutile. Mais ils ne sont pas inutiles du tout", a déclaré Meng, professeur de botanique à l'UCR. Chen, auteur principal des deux articles. "Ils représentent une nouvelle frontière scientifique."

Une partie du défi dans l’étude des photocorps, ou des organites sans membrane en général, réside dans le fait que les molécules y entrent et en sortent constamment. Cela rend difficile la distinction entre la fonction des composants à l’intérieur des organites et ceux à l’extérieur. De plus, ces photocorps ne se forment qu'à la lumière.

Chen a passé deux décennies à travailler sur ce problème avant que son laboratoire ne trouve une méthode permettant de percer le mystère du fonctionnement des organites.

Dans le passé, il prélevait un gène dans une plante de laboratoire et essayait d'observer tout changement dans les photocorps et les réponses des plantes à la lumière ou à la température. Cette approche a donné un succès partiel.

Son laboratoire a identifié un gène qui rendait impossible l’assemblage des organites sans membrane. La suppression de ce gène a rendu les plantes partiellement aveugles à la lumière. "Nous avons vu que ces organites sont impliqués dans la détection de la lumière, mais nous avons réalisé qu'il s'agissait d'une corrélation et non d'un lien de causalité", a déclaré Chen.

Pour en savoir plus, les chercheurs ont tenté d’augmenter la taille des organites plutôt que de les éliminer. Cette stratégie, détaillée dans l'un des nouveaux articles, s'est avérée efficace. Avec des organites plus gros, il était possible de voir la fonction.

"Ce que nous avons vu, en fin de compte, c'est que les organites sans membrane aident les plantes à distinguer toute une gamme d'intensités lumineuses différentes. Sans eux, les plantes ne seraient pas capables de 'voir' les changements d'intensité lumineuse", a déclaré Chen.

Dans un ensemble d'expériences connexes, décrites dans le deuxième document Nature Communications Dans cet article, les chercheurs ont testé la relation entre ces organites et la température. Auparavant, le groupe avait montré que si la température augmente, le nombre de ces organites diminue.

Le groupe a émis l’hypothèse que la sensibilité à la température serait fonction de l’endroit où se forment les organites dans la cellule. D'autres chercheurs ont proposé que la formation des organites soit aléatoire, mais Chen soupçonnait que ce n'était pas le cas.

"Il n'y a pas grand-chose dans la nature qui soit complètement aléatoire", a déclaré Chen. "A l'aéroport, les gens se réunissent-ils au milieu de nulle part, ou sont-ils généralement dans les zones d'attente et aux comptoirs des compagnies aériennes ? Tout ce qui a une fonction importante n'est généralement pas aléatoire."

Il s’avère que la formation de photocorps n’est pas non plus aléatoire. Plus de la moitié d'entre eux se trouvent à proximité des centromères, la région d'un chromosome abritant des gènes inhibés.

À 16 degrés, il y avait neuf types d’organites sans membrane dans les cellules. À 27 degrés, le nombre est tombé à seulement cinq types. Bien qu'ils contiennent tous le phytochrome B, une protéine sensible à la température, certains de ces organites sont sensibles à la température, et d'autres ne le sont pas.

À l’avenir, les chercheurs espèrent montrer qu’il est possible de modifier la sensibilité des plantes à la lumière et à la température en manipulant l’endroit où se forment les organites. Ceci est particulièrement important si les gens veulent continuer à cultiver des cultures vivrières dans un monde plus chaud et plus lumineux.

La Californie produit la moitié des fruits et légumes du pays. Mais les scientifiques estiment que sans atténuation des émissions de gaz à effet de serre, les températures moyennes dans l'État pourraient augmenter de 11 degrés d'ici la fin du siècle, ce qui aurait de graves conséquences sur la croissance des cultures.

"Pour prédire et atténuer le changement climatique, nous devons comprendre comment les plantes perçoivent et réagissent à leur environnement, en particulier à la température", a déclaré Chen. "La température n'est pas uniquement liée à la croissance et à la taille. Elle est liée à tout :la période de floraison, le développement des fruits, la réponse aux agents pathogènes et l'immunité."