Des chercheurs dirigés par Núria Sánchez-Coll, chercheuse du CSIC au Centre de recherche en génomique agricole (CRAG), ont caractérisé pour la première fois la fonction d’AtMC3, une protéine de la famille des métacaspases impliquée dans la tolérance à la sécheresse chez la plante modèle Arabidopsis thaliana.
L’ouvrage, publié dans le Nouveau Phytologue journal en collaboration avec plusieurs centres de recherche et universités internationaux, souligne l’importance du tissu vasculaire pour que les plantes puissent faire face aux conditions défavorables associées à la rareté de l’eau et au stress osmotique.
Les plantes, en tant qu’organismes sessiles qui ne peuvent pas se déplacer comme les animaux, ont développé des moyens de supporter la pénurie d’eau et les périodes de stress hydrique. Cependant, l’augmentation des phénomènes de sécheresse due à la crise climatique constitue une menace sérieuse pour la productivité agricole.
L’importance du système vasculaire des plantes
Les plantes comptent sur leur système vasculaire reliant des organes éloignés pour coordonner une réponse efficace à la privation d’eau au niveau de l’organisme. Les principaux composants du tissu vasculaire sont le xylème et le phloème, des tissus qui transportent les fluides et les nutriments à l’intérieur. Alors que le xylème transporte l’eau et les nutriments vers le haut des racines aux tiges et aux feuilles, le phloème distribue les composés organiques solubles fabriqués dans les feuilles lors de la photosynthèse au reste de la plante.
Dans ce travail, les chercheurs du CRAG ont découvert pour la première fois que la protéine AtMC3 est exclusivement localisée dans le phloème. Plus spécifiquement, AtMC3 se trouve dans un type cellulaire particulier du système vasculaire, appelé cellules compagnes qui soutiennent métaboliquement les principales cellules de transport du phloème (éléments tamis), comme observé par les images de microscopie à fluorescence de l’extrémité de la racine.
Face au stress hydrique, plusieurs molécules de signalisation telles que l’acide abscissique (ABA), l’hormone du stress des plantes, sont synthétisées et transportées vers tous les tissus végétaux pour déclencher une série de réponses physiologiques qui protégeront la plante.
La présente étude décrit que les plantes dépourvues d’AtMC3 sont moins sensibles à l’ABA et, par conséquent, leur capacité à faire face au stress hydrique est diminuée. De plus, des niveaux altérés de la protéine AtMC3 entraînent une accumulation différentielle de protéines liées au stress ainsi que des défauts de développement vasculaire dans des conditions de stress. Cela suggère qu’AtMC3 joue un rôle important pour que les plantes répondent de manière adéquate au stress osmotique et souligne un nouveau rôle possible pour les cellules compagnes dans la détection du stress. De plus, la plasticité du phloème apparaît comme un outil utile pour étudier et manipuler, afin d’élucider les réponses des plantes au stress hydrique.
Tolérance au stress hydrique sévère
Lorsque les chercheurs ont augmenté les niveaux d’AtMC3, les plantes ont augmenté leur taux de survie et leur capacité à maintenir leur capacité photosynthétique dans des conditions de pénurie d’eau, ce qui indique que l’AtMC3 seul peut conférer une meilleure tolérance à la sécheresse. Plus important encore, les niveaux modifiés de cette protéine n’ont provoqué aucun changement préjudiciable à la croissance des plantes, ce qui « est une découverte clé pour pouvoir affiner les réponses précoces à la sécheresse au niveau de la plante entière sans affecter la croissance ou le rendement des cultures », déclare Eugenia Pitsili, première auteure de l’étude et ancienne chercheuse du CRAG, qui est actuellement chercheuse postdoctorale au VIB-UGent Center for Plant Systems Biology en Belgique.
Ce rôle spécifique d’AtMC3 dans le stress hydrique correspond à la fonction des métacaspases précédemment signalées, qui ont été liées à d’autres réponses au stress telles que celles causées par des agents pathogènes ou des blessures.
Ce travail ouvre la porte à d’autres études pour élucider le mécanisme d’action exact de cette protéine afin de pouvoir comprendre l’ensemble du processus plus en profondeur et d’évaluer si elle pourrait avoir une application dans les cultures.
Comprendre les mécanismes spécifiques aux tissus qui sous-tendent le processus complexe de réponse à la pénurie d’eau est essentiel pour développer de nouveaux outils permettant de traduire ces connaissances en solutions biotechnologiques et de sélection. Ces nouveaux outils seront cruciaux pour améliorer les performances des cultures au champ dans un contexte de crise climatique.
Plus d’information:
Eugenia Pitsili et al, Une métacaspase d’Arabidopsis localisée dans le phloème (AtMC3) améliore la tolérance à la sécheresse, Nouveau Phytologue (2023). DOI : 10.1111/nph.19022
Fourni par Centre de recherche en génomique agricole (CRAG)