C’est dans les gènes: La recherche identifie comment les plantes savent quand fleurir

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25 mai 2012

Les scientifiques pensent avoir identifié la dernière pièce cruciale du puzzle vieux de 80 ans sur la façon dont les plantes « savent » quand fleurir.

Déterminer le bon moment pour fleurir, important pour qu’une plante se reproduise avec succès, implique une séquence d’événements moléculaires, l’horloge circadienne de la plante et la lumière du soleil.

Comprendre le fonctionnement de la floraison dans la plante simple utilisée dans cette étude – Arabidopsis – devrait permettre de mieux comprendre le fonctionnement des mêmes gènes dans des plantes plus complexes cultivées comme des cultures telles que le riz, le blé et l’orge, selon Takato Imaizumi, professeur adjoint de biologie à l’Université de Washington et auteur correspondant d’un article dans le numéro du 25 mai de la revue Science.

 » Si nous pouvons réguler le moment de la floraison, nous pourrions être en mesure d’augmenter le rendement des cultures en accélérant ou en retardant cela. Connaître le mécanisme nous donne les outils pour manipuler cela « , a déclaré Imaizumi. Outre les cultures vivrières, les travaux pourraient également conduire à des rendements plus élevés de plantes cultivées pour les biocarburants.

À certaines périodes de l’année, les plantes à fleurs produisent dans leurs feuilles une protéine appelée Locus de floraison T qui induit la floraison. Une fois cette protéine fabriquée, elle se déplace des feuilles à l’apex de la pousse, une partie de la plante où les cellules sont indifférenciées, ce qui signifie qu’elles peuvent devenir des feuilles ou des fleurs. À l’apex de la pousse, cette protéine commence les changements moléculaires qui envoient les cellules sur le chemin de devenir des fleurs.

Les changements de la durée du jour indiquent à de nombreux organismes que les saisons changent. On sait depuis longtemps que les plantes utilisent un mécanisme interne de chronométrage appelé horloge circadienne pour mesurer les changements de durée du jour. Les horloges circadiennes synchronisent les processus biologiques pendant des périodes de 24 heures chez les personnes, les animaux, les insectes, les plantes et d’autres organismes.

Imaizumi et les co-auteurs de l’article ont étudié ce qu’on appelle la protéine FKF1, qu’ils soupçonnaient d’être un acteur clé du mécanisme par lequel les plantes reconnaissent les changements saisonniers et savent quand fleurir. La protéine FKF1 est un photorécepteur, ce qui signifie qu’elle est activée par la lumière du soleil.

 » La protéine photoréceptrice FKF1 sur laquelle nous travaillons est exprimée chaque jour en fin d’après-midi et est très étroitement régulée par l’horloge circadienne de la plante « , a déclaré Imaizumi. « Lorsque cette protéine est exprimée pendant des jours courts, elle ne peut pas être activée, car il n’y a pas de lumière du jour en fin d’après-midi. Lorsque cette protéine est exprimée pendant une journée plus longue, ce photorécepteur utilise la lumière et active les mécanismes de floraison impliquant le Locus de floraison T. L’horloge circadienne régule le moment de la floraison du photorécepteur spécifique. C’est ainsi que les plantes perçoivent les différences de durée du jour. »

Ce système empêche les plantes de fleurir quand c’est un mauvais moment pour se reproduire, comme les morts de l’hiver lorsque les jours sont courts et les nuits longues.

Les nouvelles découvertes proviennent de travaux sur la plante Arabidopsis, une petite plante de la famille de la moutarde souvent utilisée en recherche génétique. Ils valident les prédictions à partir d’un modèle mathématique du mécanisme qui provoque la floraison d’Arabidopsis développé par Andrew Millar, professeur de biologie à l’Université d’Édimbourg et co-auteur de l’article.

« Notre modèle mathématique nous a aidés à comprendre les principes de fonctionnement du capteur de longueur de jour des plantes », a déclaré Millar. « Ces principes seront valables dans d’autres plantes, comme le riz, où la réponse journalière de la culture est l’un des facteurs qui limitent les possibilités pour les agriculteurs d’obtenir de bonnes récoltes. C’est cette même réponse d’une journée qui nécessite un éclairage contrôlé pour la ponte des poulets et des élevages de poissons, il est donc tout aussi important de comprendre cette réponse chez les animaux.

« Les protéines impliquées chez les animaux ne sont pas encore aussi bien comprises que chez les plantes, mais nous nous attendons à ce que les mêmes principes que ceux que nous avons appris de ces études s’appliquent. »

Le premier auteur de l’article est le jeune Hun Song, chercheur postdoctoral au laboratoire UW d’Imaizumi. Les autres co-auteurs sont Benjamin To, qui était un étudiant de premier cycle de l’UW lorsque ce travail était en cours de réalisation, et Robert Smith, un étudiant diplômé de l’Université d’Édimbourg. Les travaux ont été financés par les Instituts nationaux de la Santé et le Conseil de recherche en Biotechnologie et en Sciences biologiques du Royaume-Uni.

Pour plus d’informations :
Imaizumi, 206-543-8709, [email protected]