Des chercheurs de l’Institut des biomolécules transformatrices de l’Université de Nagoya (WPI-ITbM) au Japon et leurs collègues ont identifié et dérivé un composé chimique qui régule efficacement la densité des stomates dans les plantes modèles. Les stomates sont essentiels à la régulation de l’eau.
Alors que l’environnement devient de plus en plus imprévisible, la gestion de la consommation d’eau pour les cultures pendant les sécheresses par des méthodes chimiques deviendra de plus en plus importante. Les résultats de leur étude ont été publiés dans Communications naturelles.
La manipulation des interactions protéiques à l’aide de composés chimiques révolutionne la biologie car elle permet aux chercheurs d’influencer des processus complexes dans l’organisme cible. En biologie végétale, ces approches promettent de créer des cultures plus durables ou plus nutritives.
L’équipe universitaire, dirigée par Ayami Nakagawa et Keiko Torii, a synthétisé la Stomidazolone, un composé chimique qui inhibe la différenciation stomatique des plantes.
Les stomates sont des pores microscopiques situés à la surface des feuilles des plantes. Ils sont essentiels à la photosynthèse et à la transpiration. La photosynthèse convertit l’énergie lumineuse en glucose et en oxygène, tandis que la transpiration entraîne une perte de vapeur d’eau des feuilles, facilitant ainsi le transport des nutriments et le contrôle de la température.
« Notre groupe de recherche (groupe Torii) a criblé de nombreuses petites molécules pour identifier de nouveaux facteurs capables de sonder et de manipuler le développement des stomates. Nous avons trouvé la Stomidazolone, qui était idéale car elle n’affecte pas la croissance des plantes mais réduit les stomates et peut être appliquée via un traitement simple. « , a expliqué Nakagawa.
« En principe, en utilisant cela pour réduire la densité stomatique, les plantes perdent moins d’eau par transpiration, ce qui les aide à conserver l’humidité dans des environnements secs sans entraver leur croissance. »
Le développement stomatique est régulé par des protéines spécifiques appelées protéines à hélice basique-boucle-hélice. Chez les plantes, la protéine MUTE s’associe à une autre protéine appelée SCREAM pour former des stomates. À l’aide de tests génétiques complets et d’analyses biophysiques, l’équipe de recherche a découvert que la Stomidazolone fonctionne en se liant à un domaine protéique unique, appelé domaine de type ACT de MUTE, qui l’empêche de se connecter à SCREAM.
Sur la base de ces découvertes, le groupe a également créé des protéines MUTE dotées d’une résilience améliorée contre la Stomidazolone, tout en conservant leur fonction.
« Lorsque ces protéines MUTE modifiées ont été testées sur des plantes, elles ont continué à développer des stomates, même en présence de Stomidazolone », a déclaré Nakagawa. « Cela a démontré que nous pouvions utiliser des interventions chimiques précises pour contrôler sélectivement le développement des plantes. »
Cette recherche représente une avancée significative dans l’utilisation de composés chimiques pour cibler des protéines spécifiques, dans le but de réguler des fonctions biologiques cruciales.
Le Dr Torii explique sa vision : « En élargissant les outils chimiques disponibles pour manipuler le développement des plantes, nous approfondissons notre compréhension de la façon dont les plantes poussent et ouvrons de nouvelles possibilités d’innovation agricole grâce au contrôle des stomies. J’espère que nos recherches aideront à concevoir des cultures qui peuvent prospérer dans environnements difficiles et de sécheresse.
Plus d’informations :
Inhibition chimique de la différenciation stomatique par perturbation de l’hétérodimère maître-régulateur bHLH via un domaine ACT-Like, Communications naturelles (2024). DOI : 10.1038/s41467-024-53214-4