Comment faire face au stress des plantes: Les plantes répondent aux risques environnementaux par des molécules d'ARN « de marquage » dont ils ont besoin pour résister aux conditions sèches, Selon une nouvelle étude

L'avenir est difficile pour les plantes. Le changement climatique devrait apporter une sécheresse généralisée aux parties de la planète déjà aux prises avec des conditions sèches. Pour atténuer les effets potentiellement dévastateurs pour l'agriculture, les chercheurs cherchent des stratégies pour aider les plantes résistant aux aléas environnementaux extrêmes, y compris la sécheresse et au stress salin, un problème exacerbé lorsque l'eau irriguée traverse le sol, déposer des sels qui peuvent être absorbés par les racines des plantes, baisse de leur productivité globale.

Une approche consiste à examiner les façons dont les plantes ont naturellement évolué pour faire face à des stress comme trop de sel. Dans une nouvelle étude publiée en Cell Reports, chercheurs dirigés par Université de Pennsylvanie biologiste Brian D.. Grégory et étudiant diplômé Stephen J. Anderson a identifié un mécanisme qui pourrait potentiellement être manipulé pour développer des cultures plus tolérantes au sel.

Leur travail montre qu'une étiquette minuscule sur les molécules les ARN transcrits qui sont traduits pour produire des protéines sert à stabiliser et à protéger ces brins de matériel génétique. Lorsque les plantes sont exposées à des conditions de haute teneur en sel, la marque ARN N⁶-méthyladénosine, ou m⁶UNE, empêche la dégradation des transcrits codant pour des protéines qui aident les plantes traiter plus efficacement les conditions difficiles.

« Voilà comment nous allons aider les agriculteurs,», Dit Gregory, un professeur de biologie associé au École des Arts et des Sciences, et l'auteur principal de l'article. "Nous devons identifier des moyens de fabriquer des plantes plus résistantes au sel et à la sécheresse, et manipuler cette voie pourrait être une façon de le faire.

Pour qu'un organisme produise n'importe quelle protéine, il doit d'abord posséder le brin correspondant d'ARN messager (ARNm). Mais tous les ARNm ne sont pas transformés en protéines - certains sont dégradés avant d'atteindre ce stade. Dans les années récentes, les biologistes des mammifères et des plantes ont prêté attention à la m⁶Une marque en tant qu'acteur dans le processus par lequel les ARNm sont ciblés pour rester ou détruire.

"Il y a eu une explosion d'intérêt pour cette marque," dit Grégory. "Il s'est avéré que c'était la modification interne la plus abondante de l'ARNm."

Chez les mammifères, la majeure partie des recherches pointe vers la marque étiquetant l'ARNm pour la destruction. Et, alors que certaines études ont suggéré qu'il pourrait fonctionner de la même manière dans les plantes, Grégory, Anderson et ses collègues voulaient avoir une vue plus globale.

Analyse des feuilles de maturité Arabidopsis, les chercheurs ont globalement identifié m⁶A dans les plantes normales ainsi que dans celles dans lesquelles l'enzyme qui ajoute m⁶A avait été éliminé, les épuisant ainsi expérimentalement de la marque.

Ils ont constaté que les transcriptions qui étaient abondantes lorsqu'elles étaient marquées par m⁶A dans les usines normales étaient beaucoup plus faibles dans le m⁶Plantes mutantes appauvries en A, un signe que la marque agissait à titre protecteur pour stabiliser les transcriptions.

Comparer étroitement les plantes normales et mutantes, l'équipe a découvert que m⁶UNE, quand il est présent, protégé les transcrits en empêchant une enzyme de les dégrader. Quand cette marque manquait, les transcrits ont été clivés puis dégradés.

"C'était un peu fortuit," dit Anderson, "mais il s'est avéré que cette déstabilisation se produisait juste à côté de l'endroit où ces marques auraient dû se trouver mais n'étaient pas dans le groupe expérimental de plantes."

L'étape suivante consistait à se demander pourquoi les plantes auraient pu développer ce mécanisme en premier lieu.. Les chercheurs avaient des indices que m⁶Un étiquetage pourrait être impliqué dans la réponse au stress, à en juger par les gènes affectés entre les plantes normales et mutantes. Mais, pour le mettre à l'épreuve, ils ont fait pousser des plantes dans un sol riche en sel et ont répété leurs expériences.

Le traitement au sel, ils ont découvert, fait que les plantes fixent plus de m⁶Marques A sur les transcriptions d'ARNm associées à la réponse au stress salin, ainsi que le stress hydrique. En d'autres termes, les usines se préparaient pour faire face à un défi environnemental.

« Cela donne aux plantes un mécanisme dynamique et vraiment puissant pour réguler la réponse au stress," dit Grégory. « Vous pouvez déplacer cette marque sur les transcriptions que vous voulez garder autour. »

« Il y a aussi des preuves,», Dit Anderson, « Que les plantes peuvent être en mesure de supprimer activement la marque de transcriptions ne ont pas besoin. Nous enquêtons encore ce mécanisme « .

"Ce travail,» Dit Karen Cone à la Fondation nationale de la science, qui a financé la recherche, "fournit une nouvelle compréhension passionnante de la façon dont l'information génomique interagit avec les signaux de l'environnement pour produire des résultats bénéfiques pour l'organisme. Les résultats promettent d'ouvrir la porte à de futures découvertes sur la façon dont les organismes utilisent les mécanismes basés sur l'ARN pour maintenir la robustesse et l'adaptabilité dont ils ont besoin pour survivre face à des environnements changeants, une conclusion qui est directement pertinente pour l'un des 10 Grandes idées, Comprendre les règles de vie: Prédire le phénotype.»

Dans des expériences de suivi supplémentaires, Le laboratoire de Gregory examinera l'implication de cette marque dans d'autres situations stressantes pour les plantes, comme lorsqu'ils sont sujets à des dommages causés par des organismes comme des bactéries ou des champignons. Gregory et ses collègues prévoient également de poursuivre des expériences sur des espèces végétales importantes pour l'agriculture, comme le soja.

Une étude plus approfondie peut également les aider à se concentrer sur le mécanisme par lequel les plantes attachent cette marque aux transcriptions, aider à l'élaboration de stratégies pour l'ingénierie des plantes qui peuvent mieux résister aux conditions difficiles posées par la sécheresse.