Pendant des décennies, les scientifiques ont été déconcertés par les signaux que les plantes s’envoient pour initier la photosynthèse, le processus de transformation de la lumière du soleil en sucres. Les chercheurs de l’UC Riverside ont maintenant décodé ces signaux auparavant opaques.
Depuis un demi-siècle, les botanistes savent que le centre de commande d’une cellule végétale, le noyau, envoie des instructions à d’autres parties de la cellule, les obligeant à poursuivre la photosynthèse. Ces instructions se présentent sous la forme de protéines, et sans elles, les plantes ne verdiront pas et ne pousseront pas.
« Notre défi était que le noyau encode des centaines de protéines contenant des blocs de construction pour les organites plus petits. Déterminer lesquels leur sont le signal pour déclencher la photosynthèse était comme trouver des aiguilles dans une botte de foin », a déclaré Meng Chen, professeur de botanique à l’UCR.
Le processus utilisé par les scientifiques du laboratoire de Chen pour trouver quatre de ces protéines est maintenant documenté dans un Communication Nature papier.
Auparavant, l’équipe de Chen a démontré que certaines protéines des noyaux végétaux sont activées par la lumière, déclenchant la photosynthèse. Ces quatre protéines nouvellement identifiées font partie de cette réaction, envoyant un signal qui transforme les petits organes en chloroplastes, qui génèrent des sucres alimentant la croissance.
Chen compare l’ensemble du processus de photosynthèse à une symphonie.
« Les conducteurs de la symphonie sont des protéines du noyau appelées photorécepteurs qui répondent à la lumière. Nous avons montré dans cet article que les photorécepteurs sensibles à la lumière rouge et bleue initient la symphonie. Ils activent des gènes qui codent les éléments constitutifs de la photosynthèse. »
La situation unique, dans ce cas, est que la symphonie est interprétée dans deux « salles » de la cellule, par des musiciens locaux (noyau) et distants. Ainsi, les conducteurs (photorécepteurs), qui ne sont présents que dans le noyau, doivent envoyer des messages à distance aux musiciens éloignés. Cette dernière étape est contrôlée par les quatre protéines nouvellement découvertes qui voyagent du noyau aux chloroplastes.
Ce travail a été financé par les National Institutes of Health, dans l’espoir qu’il aidera à trouver un remède contre le cancer. Cet espoir repose sur des similitudes entre les chloroplastes des cellules végétales et les mitochondries des cellules humaines. Les deux organites génèrent du carburant pour la croissance et hébergent du matériel génétique.
Actuellement, de nombreuses recherches décrivent la communication des organites vers le noyau. Si quelque chose ne va pas avec les organites, ils enverront des signaux au « quartier général » du noyau. On en sait beaucoup moins sur les signaux de régulation de l’activité envoyés du noyau aux organites.
« Le noyau peut contrôler l’expression des gènes mitochondriaux et chloroplastiques de la même manière », a déclaré Chen. « Ainsi, les principes que nous apprenons de la voie de communication noyau-chloroplaste pourraient approfondir notre compréhension de la façon dont le noyau régule les gènes mitochondriaux et de leur dysfonctionnement dans le cancer », a déclaré Chen.
L’importance de comprendre comment la photosynthèse est contrôlée a des applications au-delà de la recherche sur les maladies. Les établissements humains sur une autre planète nécessiteraient probablement une agriculture en intérieur et la création d’un système d’éclairage pour augmenter les rendements dans cet environnement. Encore plus immédiatement, le changement climatique pose des défis aux producteurs agricoles de cette planète.
« La raison pour laquelle nous pouvons survivre sur cette planète est que des organismes comme les plantes peuvent faire de la photosynthèse. Sans eux, il n’y a pas d’animaux, y compris les humains », a déclaré Chen. « Une compréhension complète et la capacité de manipuler la croissance des plantes sont vitales pour la sécurité alimentaire. »
Plus d’information:
Youra Hwang et al, la signalisation antérograde contrôle la transcription des plastes via des facteurs sigma séparément des gènes de la photosynthèse nucléaire, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-35080-0