Sortir de l’obscurité: comment les plantes se préparent et résistent à la vie au soleil

Toutes les plantes doivent pouvoir percevoir les signaux de leur environnement, et y répondre en conséquence. Cette capacité revêt une importance particulière dans le cas des semences en développement. Elles doivent dans un premier temps pousser dans l'obscurité du sous-sol pour atteindre la surface - un processus appelé skotomorphogenèse (littéralement, «développement dans l’obscurité» ). Une fois à l’air libre et soumises à la lumière du soleil, les plantes se développent plus lentement, réorientant leur énergie pour la production de feuilles contenant un pigment capable de capter la lumière verte et appelé chlorophylle. Ce processus, appelé photomorphogénèse (littéralement, «développement dans la lumière» ), est contrôlé par des protéines appelées phytochromes et capables de détecter le rayonnement du soleil, puis d’activer les gènes nécessaires pour utiliser la lumière comme source d'énergie.

En parallèle de ce mécanisme permettant de détecter la lumière, les plantes perçoivent et répondent à la luminosité de leur environnement par un processus appelé signalisation rétrograde. Dans ce cas particulier, les messages sont transmis de la machinerie cellulaire vers le noyau, qui constitue le centre d’information de la cellule. Ces messages indiquent à la cellule de freiner la photomorphogenèse, empêchant ainsi la plante d’essayer d’exploiter l’énergie du soleil avant que les cellules ne soient en mesure de le faire.

En résumé, la plante perçoit de la lumière et commence à se préparer pour la vie à l’air libre, tout en restant en mode veille, ne commençant à capter l'énergie solaire que lorsqu’elle est prête à le faire. Si elle ne respectait pas cet équilibre, la plante subirait de lourds dégâts dont elle ne se remettrait pas facilement. A l’inverse, si elle restait trop longtemps en mode veille, elle ne pourrait pas emmagasiner l'énergie nécessaire à sa survie. Trouver le juste équilibre est donc crucial pour une plante en développement! Bien que ces deux voies de signalisation (la photomorphogénèse et la signalisation rétrograde) aient fait l'objet de nombreuses études, la façon dont elles sont coordonnées pour contrôler le développement des semences reste mal compris.

Des chercheurs du Centre de Recherche en Génomique Agricole et du Département de Bioingénierie de Barcelone ont collaboré avec des scientifiques de l'Université de Californie et du Département de l'Agriculture des états-Unis pour comprendre comment l’équilibre entre ces deux voies était établi et maintenu. Ils ont ainsi étudié les gènes qui contrôlent la photomorphogenèse chez une plante modèle, l’Arabette des dames (Arabidopsis thaliana), et ont mesuré en parallèle la longueur des pousses des semis ainsi que le degré d’ouverture des feuilles émergentes, deux paramètres indicateurs du fait que la plante est sortie du mode veille et a déclenché la photomorphogénèse.

Les chercheurs ont utilisé deux outils clés pour étudier ces voies de signalisation: d’une part, une souche modifiée d'Arabidopsis dans laquelle la voie de détection de la lumière est en permanence activée. Ces plantes subissent donc une photomorphogenèse permanente, même dans des conditions où elles ne devraient pas. D’autre part, un composé chimique appelé lincomycine, qui active la signalisation rétrograde - indiquant ainsi à la cellule de freiner la photomorphogenèse. En combinant ces deux outils et en surveillant l’apparition de blocages le long des deux voies de signalisation - à la manière d’un plombier cherchant à localiser un blocage dans une série de conduites d'eau - les chercheurs ont pu identifier le point de jonction entre les deux voies, constitué par une protéine appelée GLK1. En poursuivant des études menées précédemment, ils ont démontré que GLK1 était responsable de l’activation de la photomorphogénèse et, conformément à ce qui se passe dans la plante, qu’elle était inhibée par la signalisation rétrograde.

De plus, ils ont démontré que lorsque la lumière était très intense, la signalisation rétrograde bloquait complètement la synthèse de GLK1. La photomorphogénèse se remet alors en mode veille, et les plantes ferment leurs feuilles et se détournent de la lumière. La voie de signalisation rétrograde semble donc également agir en tant que mécanisme de sécurité: elle protège les plantes de l'exposition à un niveau de lumière potentiellement dangereux, par exemple lorsque le soleil est au plus haut, ou si l’appareil de collecte de lumière de la plante est endommagé et incapable de capter la lumière du soleil.

Cette étude aidera les scientifiques à comprendre les changements biochimiques se déroulant au sein des plantes en développement, comment elles s’adaptent aux variations de leur environnement, et comment elles se protègent contre des niveaux d’intensité lumineuse potentiellement dangereux.

Traduit par Dr. Margot Riggi, Scientific Editor, TheScienceBreaker