Le riz (Oryza sativa L.) est l’aliment de base de plus de la moitié de la population mondiale. Sur la base d’une modélisation mathématique, on estime que la production céréalière mondiale connaît une perte de rendement de 6 à 7 % pour chaque augmentation de 1 °C de la température moyenne saisonnière associée aux catastrophes liées à la chaleur extrême.
Au cours du siècle dernier, la température minimale quotidienne pendant la nuit a augmenté davantage que la température maximale quotidienne pendant la journée. Les cultures, comme le riz, ont une sensibilité différente au stress thermique entre le jour et la nuit et selon les variétés. Cependant, la manière dont cette différence diurne de thermotolérance est acquise chez les plantes reste insaisissable.
L’horloge circadienne est un système de contrôle omniprésent qui permet aux plantes de coordonner leur croissance et leur développement avec les signaux diurnes et nocturnes. Cependant, des facteurs fournissant une résistance temporelle de manière diurne attendent d’être découverts.
Chuang Yang et une équipe de l’Université du Zhejiang ont découvert que deux protéines riches en glycine de riz avec des motifs de reconnaissance d’ARN, OsGRP3 et OsGRP162, sont exprimées de manière rythmique et induites par la chaleur la nuit, et une telle induction rythmique par le stress thermique à minuit dépend largement d’OsELF3- 2, l’un des composants CE.
L’étude, dirigée par le professeur Jian-Xiang Liu (Laboratoire d’État sur la résilience environnementale des plantes, Collège des sciences de la vie, Université du Zhejiang), est publié dans la revue Bulletin scientifique.
Pour examiner si l’EC peut réprimer l’activité du promoteur d’OsGRP3/OsGRP162, l’équipe a effectué des tests effecteurs-rapporteurs. Les résultats confirment que l’induction diurne d’OsGRP3/OsGRP162 par le stress thermique est due à la réduction diurne de l’activité de la CE dans des conditions de température élevée.
Pour explorer la fonction biologique d’OsGRP3/OsGRP162 dans la tolérance au stress thermique chez le riz, l’équipe a généré plusieurs allèles de doubles mutants modifiés par gène d’OsGRP3/OsGRP162 et a effectué des analyses phénotypiques aux stades de semis et de reproduction.
Les taux de survie et les taux de formation des graines des doubles mutants étaient considérablement réduits par rapport à ceux des plantes témoins de type sauvage après traitement par stress thermique. Ces résultats confirment que OsGRP3 et OsGRP162 sont nécessaires à la tolérance au stress thermique du riz.
Par la suite, l’équipe a vérifié la thermotolérance chez le type sauvage et le double mutant OsGRP3/OsGRP162 au stade de la reproduction, lorsque le stress thermique survenait entre le jour et la nuit.
Les résultats ont montré que le taux de production des graines et le poids des grains des doubles mutants étaient plus réduits par le stress thermique lorsque le stress thermique survenait la nuit que pendant la journée. Ainsi, OsGRP3/OsGRP162 sont impliqués dans la régulation diurne de la thermotolérance du riz.
Pour étudier plus en détail le mécanisme de thermotolérance conférée par OsGRP3/OsGRP162, l’équipe a effectué une analyse ARN-seq. En cas de stress thermique, le double mutant d’OsGRP3/OsGRP162 présentait une expression globalement réduite des gènes sensibles au stress thermique et une augmentation de l’épissage alternatif de l’ARNm dominé par le saut d’exon.
Plusieurs résultats expérimentaux ont démontré qu’OsGRP3/OsGRP162 se lient directement aux ARNm cibles et participent à un épissage alternatif en interagissant avec les facteurs spliceosomal U1/U2.
Au total, l’équipe a démontré le rôle important d’OsGRP3/OsGRP162 dans la tolérance à la chaleur du riz et a révélé qu’OsGRP3/OsGRP162 régulent la thermotolérance en contrôlant l’épissage alternatif de l’ARNm de manière diurne.
Étant donné que la croissance des plantes et la production de rendement sont constamment soumises à des stress environnementaux jour et nuit dans des conditions naturelles, cette étude met en lumière la manière dont l’horloge circadienne régule la thermotolérance diurne des plantes.
Plus d’information:
Chuang Yang et al, Régulation diurne de l’épissage alternatif associée à la thermotolérance dans le riz par deux protéines de liaison à l’ARN riches en glycine, Bulletin scientifique (2023). DOI : 10.1016/j.scib.2023.11.046