Arabidopsis thaliana appartient à la famille des crucifères et sert aux chercheurs du monde entier en tant qu’organisme modèle commun qui permet des analyses relativement simples de l’information génétique et des fonctions qui lui sont associées. Le génome d’Arabidopsis a été entièrement séquencé il y a environ 20 ans. Bien que les plantes soient parmi les organismes les plus étudiés, elles continuent de révéler des composants jusque-là inconnus de la régulation végétale. À l’Université de Kiel, des chercheurs du Département de génétique botanique et de biologie moléculaire, dirigé par le professeur Frank Kempken, travaillent à déchiffrer ces processus.
Dans une nouvelle étude, des scientifiques de l’Institut Botanique viennent de caractériser une nouvelle composante de cette régulation : on pensait auparavant que la grande famille des protéines végétales PPR était principalement impliquée dans la maturation des ARN dans les mitochondries. Maintenant, l’équipe de recherche de Kiel a été en mesure d’identifier une nouvelle protéine. Cette protéine particulière fait partie des ribosomes mitochondriaux et est impliquée dans la biosynthèse des protéines. Bien que le mécanisme exact soit encore inconnu, les auteurs ont pu montrer que la protéine interfère probablement avec la régulation de la croissance. S’il est artificiellement éteint, Arabidopsis présente une croissance retardée et éclipsée, bien que la pleine fonctionnalité de la plante soit maintenue. Les scientifiques, également actifs au Kiel Plant Center (KPC), ont récemment publié leurs résultats dans la revue Rapports scientifiques.
Protéines PPR actives dans les mitochondries
L’information génétique se trouve non seulement dans le noyau cellulaire, mais également dans les organites cellulaires tels que les mitochondries. Les protéines PPR sont codées par des gènes dans le noyau cellulaire et transférées aux ribosomes sous forme d’ARN messager. Là, ils sont finalement traduits en protéines au cours de la traduction. Les protéines PPR synthétisées sont ensuite transportées vers les mitochondries, où elles participent au contrôle de divers processus vitaux.
Récemment, des chercheurs ont découvert que le sous-groupe de protéines rPPR est présent dans les ribosomes mitochondriaux. Parce que les mitochondries étaient à l’origine des organismes unicellulaires autosuffisants au début de l’évolution de la vie, elles ont une capacité d’expression génique indépendante. Afin de mieux comprendre la régulation de l’information génétique dans les plantes d’aujourd’hui, les chercheurs de l’Université de Kiel ont analysé une protéine rPPR mitochondriale commune spécifique, qui est codée par le gène dit DWEORG1.
« Nous avons trouvé des preuves suggérant un rôle direct pour DWEORG1 dans la traduction mitochondriale », a déclaré le Dr Stefanie Grüttner, associée de recherche dans le groupe de Kempken. « Les plantes avec DWEORG1 renversé expérimentalement ont montré une efficacité de traduction réduite, ce qui était également évident à partir de l’apparence considérablement réduite d’un certain nombre de protéines. »
Cependant, DWEORG1 ne semble pas jouer un rôle fondamental dans le fonctionnement de l’organisme dans son ensemble, car les plantes manipulées ne présentaient qu’un retard de croissance et une taille globalement plus petite. Leur forme générale et leurs processus vitaux, en revanche, n’ont pas été affectés. « Nous supposons que DWEORG1 est responsable d’une protéine rPPR jusqu’alors inconnue qui est impliquée dans la synthèse d’un certain nombre de protéines végétales et joue ainsi une fonction stabilisatrice importante pour l’expression des gènes dans les mitochondries », déclare Grüttner.
Approches possibles pour la sélection végétale
Une meilleure compréhension de la base génétique de la régulation des plantes est d’une importance fondamentale, par exemple, pour évaluer la sensibilité ou la résistance des différentes plantes au changement climatique et leurs réponses aux changements associés dans les conditions de croissance agricole. Les chercheurs sur les plantes du monde entier étudient donc en profondeur la régulation génétique de la croissance des plantes et des processus vitaux.
« La recherche sur le rôle des protéines rPPR dans les mitochondries ne fait que commencer. Nos nouveaux travaux sur la régulation des gènes mitochondriaux chez Arabidopsis thaliana constituent un élément important du développement de ces connaissances, qui pourraient également être appliquées à la sélection végétale à l’avenir », déclare Kempken, membre du KPC et chef du Département de génétique botanique et de biologie moléculaire à l’Université de Kiel.
Stefanie Grüttner et al, La protéine de répétition pentatricopeptide de type P DWEORG1 est une protéine rPPR non signalée précédemment des mitochondries d’Arabidopsis, Rapports scientifiques (2022). DOI : 10.1038/s41598-022-16812-0