Les légumineuses sont une famille de plantes largement consommées qui constituent une source importante de protéines alimentaires, fibre, et d'autres nutriments essentiels. Ils obtiennent de l'azote grâce à un processus spécialisé appelé nodulation, un partenariat symbiotique dans lequel les bactéries du sol infectent la racine d'une plante, former des nodules en forme de bulbe, et convertir l'azote en une forme respectueuse des plantes. Comprendre comment la nodulation est réglementée peut aider les efforts environnementaux pour améliorer l'efficacité des cultures de légumineuses et réduire le besoin d'engrais chimiques.

Dans une étude publiée dans Communication Nature , des chercheurs de l'Université de Tsukuba ont maintenant identifié une voie génétique clé dans la légumineuse Lotus japonicus qui contrôle la nodulation en réponse aux niveaux d'azote dans le sol.

L'azote est un élément essentiel pour tous les organismes vivants, car il est utilisé pour fabriquer les éléments constitutifs organiques de la vie :l'ADN, ARN, et protéines. Pour les légumineuses, obtenir (ou "fixer") l'azote via les nodules a un coût, parce que la plante a besoin de dépenser de l'énergie et des ressources pour soutenir les bactéries. En raison de ce compromis, les légumineuses doivent maintenir un équilibre de nodulation finement réglé.

« Les nodules racinaires se forment en réponse à de faibles niveaux de molécules d'azote fixées dans le sol comme le nitrate, " explique l'auteur principal Hanna Nishida. " Lorsque la concentration de nitrate dans le sol augmente, les légumineuses peuvent réagir en inhibant la nodulation des racines. Le mécanisme de cette réponse était inconnu, bien que, notre objectif était donc de déterminer comment la régulation dépendante des nitrates se produit dans ces plantes. »

L'équipe de recherche a effectué un criblage génétique, mutant chimiquement les gènes de L. japonicus et recherchaient des mutations qui rendaient les nodules insensibles au nitrate. Ils ont trouvé un gène, qu'ils ont appelé symbiose insensible aux nitrates 1 (NRSYM1), que, lorsqu'il est muté, la légumineuse continue à former de nouveaux nodules même lorsque le nitrate est dans le sol. En outre, ils ont découvert que la même mutation perturbe la régulation des nodules à plusieurs autres points de contrôle clés - dans les plantes déficientes en NRSYM1, le nitrate ne peut plus empêcher la croissance des nodules existants, empêcher les nodules de fixer l'azote, ou empêcher les bactéries d'infecter les racines en premier lieu.

Ayant confirmé le rôle essentiel du NRSYM1, l'équipe a entrepris de découvrir comment il exerce ses nombreux effets sur la nodulation. Ils ont déterminé que NRSYM1 code pour un facteur de transcription, une protéine qui, en présence de nitrate, active directement un autre gène qui empêche la formation de nouveaux nodules. Alors que le lien entre NRSYM1 et les autres points de contrôle n'est toujours pas clair, les chercheurs pensent que leur étude jette les bases de futures découvertes.

« Le contrôle de la nodulation des racines est un processus complexe impliquant probablement de multiples voies de signalisation, ", note l'auteur correspondant, Takuya Suzaki. "Notre découverte selon laquelle NRSYM1 est un régulateur de l'expression des gènes sensible aux nitrates est importante, car il ouvre la porte à la découverte d'autres cibles génétiques régulées par ce facteur. Nous voyons cela comme un pas en avant important pour comprendre comment les légumineuses réagissent à l'azote du sol, et nous espérons que cela contribuera à éclairer les programmes de sélection et les efforts de génie génétique qui visent à améliorer l'efficacité des cultures. »