Nouveaux mécanismes de signalisation végétale : entre dépolarisation et influx de calcium

ParisDes chercheurs de l'université Julius-Maximilians de Würzburg (JMU) ont fait une nouvelle découverte concernant la manière dont les plantes réagissent à leur environnement. Jusqu'à présent, les scientifiques se concentraient principalement sur les variations de niveaux de calcium à l'intérieur des cellules végétales pour expliquer leurs réponses au stress. Désormais, ils ont mis en évidence que les modifications de la charge électrique à travers les membranes cellulaires jouent également un rôle crucial dans ces réponses.

Pour étudier cette relation, des scientifiques ont modifié des plants de tabac pour qu'ils produisent des canaux ioniques spéciaux appelés channelrhodopsines. Ces canaux, provenant d'algues et de micro-organismes, pouvaient être activés par certains types de lumière. Cela permettait aux chercheurs de contrôler l'entrée des ions calcium et la sortie des anions, facilitant ainsi une meilleure compréhension des processus de signalisation.

Principaux résultats de la recherche :

• L'influx de calcium et la dépolarisation membranaire sont tous deux impliqués dans les réponses au stress des plantes.
• La sortie d'anions, entraînant une dépolarisation de la membrane, déclenche la réponse à la sécheresse en produisant l'hormone végétale acide abscissique (ABA).
• L'influx de calcium, quant à lui, active des mécanismes de défense contre les prédateurs, accompagné de la production d’espèces réactives de l'oxygène (ROS).

La réussite de cette recherche reposait sur le surmontage de plusieurs défis techniques :

1. Permettre aux channelrhodopsines d'utiliser la vitamine A dérivée du bêta-carotène des plantes.
2. Faire pousser les plantes sous des LED rouges pour éviter l'activation involontaire des rhodopsines.
3. Optimiser les channelrhodopsines pour une perméabilité sélective au calcium et aux anions.

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En 2021, des avancées significatives ont été réalisées pour inciter les cellules végétales à produire des canaux activés par la lumière avec une forte teneur en rétinal. Les expériences ont montré que les plantes dotées du canalrhodopsine calcium-conducteur XXM 2.0 et du canal anionique activé par la lumière GtACR1 réagissaient bien aux conditions de stress.

Les résultats révèlent des avancées majeures en biologie végétale. La compréhension de ces deux voies de signalisation offre un immense potentiel pour l'agriculture. Les plantes pourraient être génétiquement modifiées pour mieux résister aux stress environnementaux et biologiques. Cela rendrait les cultures plus résilientes face aux changements climatiques et réduirait le besoin de traitements chimiques. En clarifiant le signalement ionique chez les plantes, l'étude ouvre la voie à de nouvelles recherches visant à améliorer la résistance et la productivité des plantes.

Des découvertes de ce genre pourraient nous permettre de modifier d'autres espèces végétales pour mieux résister à diverses conditions de stress, les rendant ainsi plus adaptées à différents environnements. Les scientifiques sont impatients de poursuivre leurs recherches dans ce domaine, espérant découvrir des informations plus détaillées sur la biologie des plantes pouvant mener à des avancées concrètes en agriculture.