Marie Rousseau
Une protéine appelée phytochrome B, qui peut détecter la lumière et la température, déclenche la croissance des plantes et contrôle le temps de floraison. Comment cela se fait-il n’est pas entièrement compris.
Dans un article publié dans Nature Communications, un groupe de biologistes cellulaires dirigé par Meng Chen, professeur de botanique et de sciences végétales à l’Université de Californie à Riverside, révèle que la molécule de phytochrome B a une dynamique inattendue activée par la température et se comporte différemment selon les la température et le type de lumière.
À mesure que le changement climatique réchauffe le monde, les modes de croissance des cultures et les périodes de floraison changeront. Une meilleure compréhension de la façon dont les phytochromes régulent les rythmes saisonniers de la croissance des plantes aidera les scientifiques à développer des cultures pour une croissance optimale sous le nouveau climat de la Terre et pourrait même faire la lumière sur le cancer chez les animaux.
Les phytochromes basculent entre les formes actives et inactives comme un interrupteur binaire contrôlé par la lumière et la température. En plein soleil, comme dans les champs ouverts, les phytochromes s’allument, absorbant la lumière rouge lointaine. Cette forme active inhibe l’allongement de la tige, ce qui limite la croissance des plantes hautes en plein soleil.
À l’ombre, les phytochromes sont moins actifs, absorbant le rouge. Cette forme “off” libère l’inhibition de la croissance de la tige, de sorte que les plantes grandissent à l’ombre pour rivaliser avec d’autres plantes pour plus de soleil.
Au sein de la cellule, la lumière provoque la fusion des phytochromes “en fonction” en unités appelées photocorps à l’intérieur du noyau cellulaire. Lorsque le phytochrome B est éteint, il réside à l’extérieur du noyau cellulaire. Il se déplace à l’intérieur du noyau lorsqu’il est activé et modifie l’expression des gènes et des schémas de croissance.
Les changements de lumière modifient la taille et le nombre de tous les foyers. Le groupe de Chen a maintenant montré que la température modifiait les foyers individuels.
Son groupe a examiné le comportement des cellules exposées à différentes conditions de température et de lumière des feuilles et des tiges d’Arabidopsis thaliana, une plante utilisée comme modèle standard dans la science de la botanique. L’objectif était de surveiller l’évolution des photocorps en réponse à la température.
La compréhension actuelle est que les phytochromes ne forment des photocorps qu’à l’état “activé”.
Chen et les co-auteurs Joseph Hahm, Keunhwa Kim et Yongjian Qiu, membres du groupe de recherche de Chen à UC Riverside, s’attendaient à ce que l’augmentation de la température ait un effet similaire à l’ombre – cela désactiverait les phytochromes. Ils pensaient que les photobodies disparaîtraient, comme à l’ombre.
Les résultats étaient complètement inattendus.
L’équipe a découvert que l’augmentation de la température ne faisait pas disparaître tous les photocorps en une seule fois. Au lieu de cela, des photocorps spécifiques ont disparu dans des plages de température spécifiques. L’augmentation de la température a progressivement réduit le nombre de photocorps au fur et à mesure qu’ils disparaissaient sélectivement.
“Nous avons constaté qu’un sous-ensemble de photocorps thermostables peut persister même à des températures chaudes”, a déclaré Chen. “Le reste des foyers disparaîtrait à chaque étape de température plus basse. Avant de penser que tous les foyers étaient les mêmes, mais maintenant nous savons qu’ils sont tous différents.”
Le mécanisme qui les fait disparaître sélectivement doit être différent du mécanisme qui les fait disparaître à l’ombre. Cela suggère que des photocorps individuels pourraient être des capteurs pour des plages de températures spécifiques.
L’étude a également montré que le phytochrome B réagit à la température à partir de deux emplacements différents sur la molécule. La première partie détecte la température; la deuxième partie forme des foyers. Les foyers formés par ce deuxième emplacement sont insensibles à la température. Cela montre que la lumière et la température sont détectées par la même partie de la molécule mais entraînent des comportements différents.
“Les photocorps sont de grands complexes protéiques dynamiques. Nos résultats suggèrent que chacun d’eux pourrait avoir une composition différente”, a déclaré Chen. “Ce que nous pensons, c’est que la composition unique des photocorps individuels les fait réagir différemment à la température. De futures études sur la compréhension des caractéristiques uniques de chaque photocellule découvriront probablement les mécanismes sous-jacents de la détection de la température et la régulation de l’expression des gènes sensibles à la température dans les plantes. “
En plus d’aider à développer des plantes qui prospéreront dans un monde en réchauffement, ce travail pourrait aider les scientifiques à en apprendre davantage sur le cancer chez les animaux. Les protéines dans les cellules animales forment également des foyers liés d’une manière ou d’une autre au cancer, mais leur rôle dans l’expression et la régulation des gènes est inconnu.
