La résilience des plantes repose sur la capacité de détecter et de réagir à l’environnement. De l’air qu’elles respirent au sol dans lequel elles poussent, les plantes ajustent leur croissance pour prospérer dans des conditions spécifiques. Mais certains changements environnementaux ne peuvent pas être surmontés aussi facilement. Dirigée par Ryoung Shin, l'équipe RIKEN CSRS se demande ce que nous pouvons faire pour aider les plantes lorsque leur environnement est contaminé par des substances toxiques comme le césium.

À la suite de la catastrophe de la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi au Japon en 2011, les scientifiques se sont intéressés à comprendre comment les centrales réagissent au radio-césium, un élément toxique rejeté dans l'environnement après des accidents nucléaires. Pour pousser normalement, les plantes doivent absorber le potassium du sol.

Cependant, lorsque le césium est présent, il coopte les canaux potassiques ou les ouvertures de la paroi cellulaire, ce qui bloque l'absorption du potassium et entrave la croissance des plantes. Étonnamment, les tentatives passées visant à bloquer l’absorption du césium en modifiant les canaux potassiques ont eu pour conséquence inattendue de perturber la croissance des plantes encore plus que ce qui a été observé chez les plantes déficientes en potassium. Cela a conduit les chercheurs à émettre l'hypothèse de l'existence de voies uniques spécifiques à l'accumulation de césium.

Shin et son équipe utilisent le profilage du transcriptome, une méthode de pointe pour examiner l'activité génétique des cellules végétales dans diverses conditions. Dans leur dernière étude, publiée dans Planta , les chercheurs se sont concentrés sur les effets du césium.

Ils ont comparé la croissance et l'expression des gènes d'Arabidopsis thaliana, une plante couramment étudiée, dans deux conditions stressantes :un faible taux de potassium et la présence de césium. L'analyse du transcriptome des tissus racinaires cultivés sous un faible stress en potassium et en césium a révélé des changements significatifs dans le métabolisme et la signalisation de l'acide abscissique (ABA).

Plus précisément, l’analyse a montré que la signalisation ABA était réduite pendant un stress lié au césium, mais pas lors d’un stress faible en potassium. Cela a conduit les chercheurs à émettre l'hypothèse que s'ils pouvaient forcer l'augmentation de la signalisation ABA, cela rendrait les plantes moins vulnérables à la contamination par le césium.

À titre d’expérience de validation de principe, ils ont testé des plantes mutantes dans lesquelles un important régulateur de l’ABA est inactif. Dans ces plantes, le frein habituel sur la voie ABA manque, ce qui signifie que leur signalisation ABA continue sans contrôle à des niveaux élevés.

Ces mutants ont présenté une croissance améliorée des racines sous stress césium, confirmant l’importance de l’ABA pour surmonter le stress césium et soulignant son rôle essentiel dans la résilience des plantes. "Comme la croissance des pousses est liée à la croissance des racines, nous espérons que la croissance globale pourra également être améliorée", explique Shin, "même si cela devra être testé en laboratoire."

Alors que la modernisation entraîne une pollution accrue et la libération de composés toxiques, comprendre la résilience des plantes est crucial pour préserver la sécurité alimentaire et la santé des écosystèmes.

"Ces résultats ont de profondes implications pour l'agriculture durable et la protection de l'environnement", déclare Shin. "Plutôt que de simplement bloquer l'absorption du césium qui est liée à l'absorption des nutriments, le ciblage de voies de transmission alternatives offre une voie prometteuse pour améliorer la résistance des cultures aux composés toxiques. L'avenir de l'agriculture vient de devenir beaucoup plus résilient."