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Photosynthèse et échanges gazeux

Dévoiler les mécanismes d’adaptation des plantes face aux contraintes de l’environnement


Les chercheurs de l'équipe Protéines et Protection des Végétaux (PPV) du BIAM ont caractérisé un des mécanismes permettant aux plantes de répondre aux fluctuations de l'environnement qui modifient leur métabolisme et limitent leur croissance. Ce résultat, établi en partenariat avec des équipes du CEA et du CNRS1, pourrait aider à l'amélioration des capacités d'adaptation des végétaux aux changements climatiques.​

Publié le 16 avril 2021

Les stomates, situés à la surface des feuilles, régulent les relations de la plante avec le monde qui l'entoure. Ils sont composés de deux cellules de garde qui ménagent une ouverture permettant à la plante de transpirer et d'assimiler le CO2 atmosphérique nécessaire à sa croissance. Lors de contraintes environnementales, les stomates se ferment rapidement pour limiter les effets du stress. Ainsi ils contribuent à réduire les pertes en eau en situation de sècheresse et peuvent également ralentir l'intrusion d'agents pathogènes. Ce processus fait intervenir un réseau complexe de signalisation, impliquant notamment l'acide abscissique, une hormone de protection contre le stress hydrique, et des espèces réactives de l'oxygène qui modifient l'état redox au sein des cellules.

Depuis plusieurs années, l'équipe PPV caractérise des enzymes qui en contrôlant l'état redox des protéines, régulent ainsi leur activité. Ces enzymes nommées réductases à thiol sont essentielles au développement des végétaux notamment en situation de stress. « Grâce à une approche protéomique qui consiste à recenser et identifier les protéines, nous avons montré que certaines d'entre elles comme les peroxyrédoxines, sont très abondantes dans les cellules de garde et pourraient y jouer un rôle de signalisation permettant le mouvement de ces cellules » déclare Pascal REY, responsable de l'équipe PPV. Afin de tester cette hypothèse, les chercheurs ont comparé chez la plante modèle Arabidopsis thaliana les réponses stomatiques de lignées mutantes dépourvues de réductases de types peroxyrédoxine ou glutarédoxine à celles de plantes de type sauvage. Dans différentes conditions environnementales, ils ont observé que le fonctionnement des cellules de garde était en effet modifié par les plantes déficientes en ces enzymes, les stomates se fermant plus rapidement.

« L'ensemble de nos résultats nous a permis de révéler une étape enzymatique importante dans le contrôle de la fermeture des stomates, dévoilant ainsi la participation des réductases à thiol dans ce processus, probablement par l'intermédiaire d'échanges redox » poursuit Pascal REY. Forte de ces résultats, l'équipe PPV poursuit à présent ses recherches pour découvrir les partenaires des réductases et élucider leurs rôles respectifs dans les voies de signalisation conduisant aux mouvements des cellules de garde.

Essentielles pour la compréhension du fonctionnement des stomates, ces connaissances pourraient aider à l'amélioration des capacités d'adaptation des végétaux aux changements climatiques.

 infrarouge pour le web.jpgPhoto 2 : Imagerie par infra-rouge de la temperature foliaire de plantes d'Arabidopsis thaliana de types sauvage (S) et déficientes en glutarédoxines S14 et S16 (G). L'échelle de couleur à droite indique les temperatures entre 16,2°C (couleur violette) et 19,2°C (couleur jaune). Les plantes dépourvues de glutarédoxines présentent beaucoup plus de feuilles rouges ou jaunes, révélant une temperature plus élevée du fait de stomates plus fermés par rapport au type sauvage.
L'enzyme, incontournable mécano intracellulaire : Les enzymes jouent le rôle de véritables mécanos de la biochimie au sein du vivant. Présentes dans tous les organismes, chacune d'entre elles est assignée à une tâche spécifique : Certaines modifient les molécules et les protéines, d'autres procèdent à de nouveaux assemblages, sur la base de ces modifications. Ici, les enzymes jouent un rôle dans le mouvement d'ouverture et de fermeture des stomates en modifiant l'état redox de partenaires. 
1 Equipes de recherche SAVE, Signalisation pour l'Adaptation des Végétaux à leur Environnement, du BIAM, EdyP du CEA-Grenoble et LGDP du CNRS-Perpignan


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