Les scientifiques d’UC Riverside ont considérablement avancé dans la course pour contrôler les réponses des plantes à la température sur une planète qui se réchauffe rapidement. La clé de cette percée est le miARN, une molécule près de 200 000 fois plus petite que la largeur d’un cheveu humain.
Avec des augmentations modérées de température, les plantes poussent plus haut pour éviter les sols plus chauds et obtenir de l’air plus frais. Une étude historique publiée dans la revue Communication Nature démontre que le microARN ou le miARN est requis pour cette croissance. L’étude identifie également quelles molécules de miARN, parmi plus de 100 possibilités, sont essentielles.
« Nous avons constaté que sans miARN, les plantes ne pousseront pas, même si nous augmentons les températures, même en présence d’hormones de croissance ajoutées », a déclaré Meng Chen, professeur de botanique à l’UCR et co-auteur de l’étude.
L’ARN est un acide nucléique présent dans toutes les cellules vivantes, et son rôle est d’agir comme un messager transportant des instructions de l’ADN d’une cellule pour créer une variété de protéines. Le microARN est également nécessaire au développement sain des cellules biologiques. Il est créé pour se lier à une cible d’ARN spécifique et empêcher cette cible de créer ce pour quoi elle a été conçue.
« MiRNA inhibe la production de son ARN cible en induisant un clivage dans sa cible, ou en empêchant son ARN cible de se traduire en une autre protéine », a déclaré Xuemei Chen, professeur de botanique à l’UCR et co-auteur de l’étude.
Le laboratoire de Xuemei Chen à l’UCR a aidé à découvrir les miARN dans les plantes. Le laboratoire de Meng Chen a précédemment identifié des composants impliqués dans les premiers stades de la sensibilité à la température des plantes. Les deux groupes de scientifiques ont uni leurs forces pour savoir si le miARN, qui est si important dans d’autres formes de vie, joue également un rôle dans les réponses thermiques des plantes.
Pour ce test, les scientifiques n’ont examiné que de légères augmentations de température, de 21 à 27 degrés Celsius. Pour référence, la température ambiante moyenne est d’environ 20 °C. « Nous n’avons pas examiné les réponses au stress. Nous voulions étudier la détection de la température sans l’élever à un niveau qui tuerait les plantes », a déclaré Meng Chen.
Les chercheurs ont pris Arabidopsis, une petite plante à fleurs apparentée à la moutarde et au chou, et ont étudié des formes mutantes avec de très faibles niveaux de miARN. Sans le miARN, le mutant Arabidopsis ne pourrait pas répondre au changement de température en se développant comme il se doit.
Ensuite, ils ont fait une expérience génétique. « Nous avons demandé si nous pouvions faire des mutations supplémentaires sur le mutant Arabidopsis déficient en fabrication de miARN et restaurer leur capacité à détecter la température », a déclaré Xuemei Chen. La deuxième expérience a fonctionné « parfaitement », a-t-elle déclaré, et elle a révélé un gène responsable de la restauration des niveaux de miARN ainsi que des capacités de détection de la chaleur de la plante.
Ensuite, l’équipe a relevé le défi de rechercher le miARN précis impliqué dans la réponse à la température. Arabidopsis fabrique 140 molécules de miARN. Les scientifiques ont supposé que les niveaux des molécules responsables augmenteraient avec les températures, mais cela ne s’est pas produit de cette façon.
Rappelant que le miARN se lie aux molécules d’ARN cibles et les arrête, l’équipe a plutôt examiné les niveaux de molécules d’ARN cibles qui étaient différents dans la plante mutante Arabidopsis d’origine et dans la deuxième plante mutante qu’ils ont créée.
« En regardant cela, nous avons trouvé que les cibles de 14 miARN avaient changé, et à côté des cibles, nous avons également trouvé le miARN », a déclaré Xuemei Chen.
Après avoir identifié les bonnes molécules de miARN, l’équipe a finalement dressé un tableau complet de la réponse à la température. Il implique deux parties essentielles : des molécules qui détectent la température et l’auxine, une hormone qui permet de réagir à ce qui a été détecté en favorisant la croissance des plantes.
« Entre le capteur et le répondeur se trouve le miARN. Sans lui, les plantes peuvent détecter la chaleur mais ne peuvent pas y répondre en poussant. C’est un gardien qui peut arrêter ou permettre aux plantes de faire face aux changements de température environnementale », a déclaré Meng Chen. .
Au cours de leurs expériences, l’équipe a découvert que le miARN est également nécessaire pour la réponse des plantes à l’ombre réfléchie des plantes voisines.
« Notre découverte a relié les points entre trois éléments trouvés dans toutes les plantes qui sont essentiels pour les réponses des plantes à leur environnement », a déclaré Meng Chen. « Cela inclut des capteurs qui surveillent les changements de température et de lumière, les hormones qui stimulent la croissance des plantes et les miARN qui contrôlent le développement des plantes. »
Les chercheurs espèrent que leurs découvertes pourront être utilisées pour augmenter les rendements des cultures à mesure que le climat change.
« Le potentiel est que nous l’utilisons pour manipuler les réponses des plantes aux conditions locales de température et de lumière et contrôler leur croissance dans divers environnements », a déclaré Meng Chen.
Plus d’information:
Le microARN156 conditionne la sensibilité à l’auxine pour permettre la plasticité de la croissance en réponse aux changements environnementaux chez Arabidopsis, Communication Nature (2023). DOI : 10.1038/s41467-023-36774-9