Le changement climatique provoque une augmentation des inondations et un engorgement prolongé dans le nord de l’Europe, mais aussi dans de nombreuses autres parties du monde. Cela peut endommager les graminées des prairies, les grandes cultures ou d’autres plantes – leurs feuilles meurent, les racines pourrissent.
Les dommages sont causés par un manque d’oxygène et l’accumulation d’acides. Comment les plantes perçoivent-elles cette suracidification, comment y réagissent-elles ? C’est ce que des chercheurs de Würzburg, Iéna (Allemagne) et Talca (Chili) décrivent dans la revue Biologie actuelle.
Les biophysiciens Dr. Tobias Maierhofer et le professeur Rainer Hedrich de la chaire de physiologie et biophysique des plantes moléculaires à la Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg en Bavière, en Allemagne, étaient en charge de l’étude.
Le canal anionique reconnaît l’acidification
Tout le monde connaît probablement l’effet d’une suracidification d’après sa propre expérience : lors d’un exercice trop intense, les muscles sont sous-alimentés en oxygène et une acidose se produit. Des douleurs musculaires et de mauvaises performances en sont les conséquences.
« Chez les plantes, un manque d’oxygène provoque également une acidification des cellules », explique Tobias Maierhofer. L’équipe dirigée par le chercheur du JMU vient de découvrir le capteur dans la plante modèle Arabidopsis thaliana (cresson de thale) qui perçoit l’acidification et la traduit en un signal électrique. C’est une protéine de la membrane cellulaire, le canal anionique SLAH3.
La microscopie à super-résolution clarifie la structure
Le professeur Markus Sauer de la chaire JMU de biotechnologie et de biophysique a développé une méthode de microscopie qui peut être utilisée pour examiner les protéines en haute résolution. À l’aide de sa méthodologie, l’équipe a pu clarifier comment le canal anionique SLAH3 réagit lors de l’acidification.
À l’état non actif, le canal est présent sous la forme d’un complexe de deux sous-unités dans la membrane cellulaire. Avec un manque d’oxygène, l’acidité et donc la teneur en protons dans la cellule augmentent, et les protons se lient à deux acides aminés spécifiques du canal.
« Cette protonation modifie la structure de SLAH3 et le canal se décompose en ses deux sous-unités », explique Maierhofer, expert en canaux anioniques. En tant que copies uniques, les deux unités deviennent maintenant conductrices pour les anions, ce qui conduit à une excitation électrique de la membrane cellulaire.
Les mutants réagissent plus faiblement aux inondations
Le signal électrique déclenche à son tour d’autres réactions dans la plante. Entre autres choses, la photosynthèse est réduite. « Nous supposons qu’il s’agit d’une adaptation au stress des inondations : les plantes passent à une sorte d’état de repos », explique Maierhofer.
Les chercheurs du JMU ont également étudié comment les mutants d’Arabidopsis dépourvus de SLAH3 réagissent aux inondations. Ces plantes n’ont pas essayé de réduire leur production photosynthétique – même si la photosynthèse n’est pas du tout possible dans les eaux de crue boueuses et troubles où trop peu de lumière atteint les feuilles.
Enquêter sur le contrôle génétique pendant les inondations
Le canal anionique SLAH3 peut ainsi convertir une acidification de l’intérieur de la cellule directement en un signal électrique. De cette façon, il fonctionne comme un capteur de pH.
Ensuite, les chercheurs souhaitent étudier comment le signal électrique est transporté dans la plante et traduit en une réponse évitant le stress. Les outils nécessaires pour cela, tels que les mutants insensibles au pH, sont disponibles. Ceci permet d’étudier en détail le reroutage génétique de la physiologie des plantes lors des crues.
Les résultats de cette recherche fondamentale pourraient s’avérer importants pour la pratique agricole : « Avec les connaissances que nous acquérons, nous pouvons adopter une approche ciblée pour sélectionner des cultures plus tolérantes à l’engorgement », explique Maierhofer, chercheur au JMU.
Source de l’histoire :
Matériaux fourni par Université de Wurtzbourg. Original écrit par Robert Emmerich. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.
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