Nouvelle recherche de l'Université d'Oxford, publié récemment dans la revue eLife , apporte un éclairage nouveau sur les chloroplastes végétaux, et les protéines qu'ils contiennent. La régulation des protéines chloroplastiques est importante pour le développement des plantes et l'acclimatation au stress et est de plus en plus importante à mesure que les plantes, y compris nos cultures de base, blé, riz, l'orge - doivent répondre à nos environnements changeants.

"Alors que la planète se réchauffe, il sera de plus en plus urgent de comprendre les bases moléculaires de la tolérance au stress des plantes. Cette étude a découvert une autre couche de complexité dans les systèmes que les plantes utilisent pour contrôler leurs chloroplastes. » Professeur Paul Jarvis

Il a été estimé que les cultures « stressées »—du fait de l'évolution des conditions météorologiques, la sécheresse, inondations et températures extrêmes - peuvent réduire la production jusqu'à 70 %, qui aura un impact dévastateur sur notre capacité à nourrir le monde.

Il est devenu de plus en plus urgent que nous développions des variétés de cultures améliorées - des plantes avec une valeur nutritionnelle améliorée ou une résilience aux environnements défavorables - et la clé de ce développement sera notre compréhension de la base moléculaire de la tolérance au stress des plantes.

Toutes les plantes vertes poussent en convertissant l'énergie lumineuse en énergie chimique via un processus connu sous le nom de photosynthèse. La photosynthèse se produit dans des compartiments spécialisés des cellules végétales appelés chloroplastes. Les chloroplastes nécessitent des milliers de protéines différentes pour fonctionner, et ceux-ci sont importés dans le chloroplaste via une machinerie spécialisée connue sous le nom de complexe COT. Le complexe COT est, lui-même, fait de protéines.

Des études récentes ont révélé que le complexe COT est rapidement détruit lorsque les plantes subissent un stress environnemental - cela protège les cellules végétales des dommages en limitant la photosynthèse, qui peuvent générer des sous-produits toxiques dans des conditions défavorables. Ce procédé a été nommé CHLORADE, pour « dégradation des protéines associées aux chloroplastes ».

Au CHLORADE, le complexe TOC est d'abord marqué avec une petite protéine appelée ubiquitine. Cette « ubiquitination » favorise la destruction du complexe, et supprime ainsi l'importation de protéines chloroplastiques, photosynthèse, et la production de sous-produits toxiques.

Dans cette étude, les chercheurs ont demandé si le complexe TOC est également SUMOylé (SUMO est une autre petite étiquette similaire à l'ubiquitine) et, si c'est le cas, quelle est la fonction d'une telle SUMOylation TOC. Les chercheurs ont découvert que le complexe TOC est en effet SUMOylé, et que la SUMOylation du COT déclenche également la destruction du complexe COT et est importante pour la croissance et le développement des plantes. Ces résultats sont intéressants, car ils indiquent que l'action du SUMO est très similaire à celle du CHLORAD, dans ce contexte.

En réalité, la similitude observée avec CHLORAD implique que la SUMOylation régule l'activité de la voie CHLORAD. C'est particulièrement intéressant, car la SUMOylation est connue pour être induite par diverses formes de stress environnemental et est un facteur clé de l'acclimatation au stress des plantes.

"C'était remarquable quand le rôle de l'ubiquitination, et CHLORADE, a été découvert il y a quelques années, et ce nouveau rôle pour SUMO ne fait qu'ajouter à l'intrigue." Professeur Paul Jarvis

Fort de ces découvertes, les chercheurs explorent actuellement comment la voie CHLORAD peut être manipulée pour améliorer les performances des cultures. Une meilleure compréhension de la régulation de l'import des protéines chloroplastiques et/ou de la voie CHLORAD, livrés à la suite des nouvelles découvertes rapportées ici, contribuera à orienter ces efforts.