Une carence en magnésium s’avère néfaste pour les plantes

L’importance du magnésium dans les plantes et les animaux est connue depuis longtemps, mais les détails de son absorption et de son transport dans les plantes restent largement inexplorés. Les résultats récents d’une collaboration internationale dirigée par Cornelia Spetea (Université de Göteborg), publiés dans Frontières de la science végétaleapportent de nouvelles connaissances sur le rôle de l’absorption du magnésium par les plantes dans la photosynthèse et dans le fonctionnement des chloroplastes.

Les données montrent que l’activité des protéines de transport du magnésium est essentielle au métabolisme des plantes et au fonctionnement des chloroplastes, ayant un impact sur la croissance et le rendement agricole.

La carence en magnésium chez l’homme est souvent associée à des symptômes désagréables, dont le plus connu est peut-être les crampes musculaires dans les jambes. En effet, le magnésium est essentiel au fonctionnement de plus de 300 enzymes responsables de la bonne activité du système nerveux et des muscles, de la synthèse des protéines, de l’ADN et de l’ARN, ainsi que de la régulation de la glycémie et de la tension artérielle.

Le magnésium est également un minéral essentiel pour les plantes, où il est nécessaire au fonctionnement de nombreuses protéines, notamment les enzymes impliquées dans la fixation photosynthétique du carbone dans les chloroplastes. Les rôles supplémentaires de cet ion dans la photosynthèse sont l’incorporation dans le squelette porphyrine du pigment vert, la chlorophylle, et l’implication dans l’organisation des membranes photosynthétiques (thylakoïdes). Il n’est donc pas surprenant que 15 à 35 % de la teneur totale en magnésium des plantes se trouve dans les chloroplastes.

Malgré son importance, on sait relativement peu de choses sur la manière dont le magnésium est absorbé et transporté par les plantes à travers leur corps et leurs cellules. Pour la bonne croissance et le bon développement de nos cultures,

il est important de comprendre comment les nutriments essentiels présents dans le sol sont transportés depuis les racines jusqu’à l’endroit où ils sont utilisés par les plantes, par exemple dans le chloroplaste pour la photosynthèse.

Les ions ne peuvent traverser les membranes qu’au moyen de canaux ioniques et de transporteurs spéciaux. Dirigée par Cornelia Spetea, une équipe de chercheurs de Suède, du Japon, de Hongrie, du Danemark et des États-Unis a étudié comment le magnésium pénètre dans l’organite photosynthétique de la plante, le chloroplaste.

L’ouvrage récemment publié dans Frontières de la science végétale, caractérisé la fonction de trois protéines de deux familles distinctes précédemment identifiées dans la plante modèle Arabidopsis thaliana. Ceux-ci sont appelés libération de magnésium 8 et 9 (MGR8, MGR9) et transporteur de magnésium 10 (MGT10).

Les trois protéines étudiées sont situées dans l’enveloppe du chloroplaste et participent au transport du magnésium à travers cette membrane. Il a également été démontré qu’ils jouent un rôle important dans la régulation de différents processus au cours de la photosynthèse. Les travaux ont également identifié et caractérisé pour la première fois une protéine de l’algue verte unicellulaire Chlamydomonas reinhardtii, MRS4, qui a une fonction similaire à celle du MGT10 décrit chez Arabidopsis.

Les analyses suggèrent que la protéine MGT10 est un canal ionique magnésium, tandis que MGR8 et MGR9 sont des transporteurs de magnésium pouvant nécessiter la présence d’ions sodium. Ce phénomène est intéressant pour plusieurs raisons : d’une part, parce que le sodium n’est pas un nutriment essentiel pour les plantes, on connaît donc peu ses mécanismes de transport au sein de la cellule végétale, et d’autre part, parce que la présence de cet ion a un effet négatif sur la photosynthèse, entre autres, dans les plantes poussant dans des sols salins ou très salins.

« Nous avons observé une diminution évidente des performances photosynthétiques des plantes mutantes dépourvues d’une ou deux de ces protéines de transport du magnésium, ce qui souligne l’importance de cet élément dans le métabolisme des plantes », explique le professeur Cornelia Spetea de l’Université de Göteborg.

L’importance de l’absorption du magnésium par le chloroplaste et le rôle du MGT10 dans ce processus sont également démontrés par le fait que les plantes mutantes dépourvues complètement de cette protéine (knock-out) ne sont pas viables.

Par conséquent, seules les plantes mutantes dites knock-down ont pu être analysées dans les études, dans lesquelles l’expression de ce gène est plus faible et contiennent donc une plus petite quantité de protéine. Ces plantes mutantes avaient des nervures de feuilles jaunes au lieu des nervures vertes observées chez les plantes de type sauvage. Les nervures jaunes des feuilles indiquent que la formation de chlorophylle est inhibée dans ces régions.

« De plus, une organisation particulière des thylakoïdes a été observée dans les cellules proches des nervures des feuilles. Même au sein d’une même cellule, il y avait des chloroplastes avec des thylakoïdes normaux ainsi que certains avec des thylakoïdes organisés en grands grana (appelés macro-grana) et en petites membranes. vésicules », explique Katalin Solymosi, de l’Université Eötvös Loránd, en Hongrie, qui a effectué les analyses microscopiques.

Des recherches plus approfondies sont nécessaires pour comprendre exactement pourquoi deux types de plastes organisés différemment sont présents dans une même cellule.

La décoloration jaune des nervures des feuilles est également typique de certaines infections virales et de carences en d’autres nutriments essentiels comme le fer. Ces études suggèrent que des symptômes similaires peuvent également survenir en cas de transport intracellulaire inadéquat du magnésium, et que la présence et le bon fonctionnement des protéines étudiées sont essentiels au métabolisme des plantes et donc à l’agriculture.