L'équipe, codirigée par l'Université de Californie à Riverside et le Boyce Thompson Institute, a découvert qu'une seule mutation dans un gène régulateur permet aux racines de la plante modèle Arabidopsis thaliana de se développer normalement, même dans des sols très acides, des conditions qui retardent généralement la croissance. la croissance de la plante et limiter l'absorption des nutriments et de l'eau.
Les résultats, publiés aujourd'hui dans la revue Nature Plants, pourraient conduire au développement de cultures plus tolérantes aux sols acides, contribuant ainsi à augmenter la production alimentaire et à atténuer la faim dans le monde, a déclaré Long Jiang, biologiste végétal de l'UCR, qui a codirigé l'étude.
L’aluminium est le troisième élément le plus abondant dans la croûte terrestre, et les sols très acides contenant de l’aluminium sont répandus dans de nombreuses régions du monde. Les sols acides peuvent résulter de l’altération naturelle et peuvent être exacerbés par les activités humaines, telles que l’utilisation excessive d’engrais azotés.
Les effets toxiques de l’aluminium sur les plantes sont bien documentés, notamment un retard de croissance des racines, une absorption réduite d’eau et de nutriments et une inhibition de la division et de l’expansion cellulaires. Ces effets peuvent avoir de graves conséquences sur les rendements et la qualité des cultures, posant ainsi des défis importants à la sécurité alimentaire mondiale.
Malgré la prévalence et l’impact de la toxicité de l’aluminium dans le sol, les mécanismes moléculaires qui sous-tendent la tolérance à l’aluminium chez les plantes ne sont pas bien compris. Pour combler ce manque de connaissances, Jiang et son équipe ont entrepris d'étudier comment les plantes d'Arabidopsis réagissent au stress lié à l'aluminium.
En utilisant une approche de dépistage génétique, les chercheurs ont identifié un gène unique, appelé ART1 (ALUMINIUM RESPONSE TRANSCRIPTION FACTOR 1), qui joue un rôle crucial dans la tolérance à l'aluminium. ART1 code pour un facteur de transcription, une protéine qui régule l'expression d'autres gènes.
Les chercheurs ont découvert qu’une seule mutation du gène ART1 entraînait une tolérance accrue au stress lié à l’aluminium chez les plantes Arabidopsis. Les racines des plantes mutantes présentaient une croissance et un développement normaux, même dans un sol très acide, contrairement aux racines rabougries des plantes sauvages.
D'autres expériences ont révélé qu'ART1 régule l'expression de plusieurs gènes impliqués dans la détoxification de l'aluminium, le développement des racines et l'homéostasie cellulaire. En modifiant l'expression de ces gènes, ART1 aide les plantes à faire face au stress lié à l'aluminium et à maintenir la croissance des racines.
"Nos résultats fournissent de nouvelles informations sur les mécanismes moléculaires de la tolérance à l'aluminium chez les plantes", a déclaré Jiang. "En manipulant l'activité ART1, il pourrait être possible de développer des cultures présentant une tolérance accrue aux sols acides, ce qui pourrait avoir un impact significatif sur la production alimentaire et la sécurité alimentaire mondiale."
L'étude a été financée par des subventions de la National Science Foundation, du ministère américain de l'Agriculture et du China Scholarship Council.
