Comment les plantes se régulent

Un groupe de recherche de l'Université de Kobe dirigé par le professeur agrégé FUKAYAMA Hiroshi de la Graduate School of Agricultural Science a utilisé le riz pour éclairer avec succès le mécanisme par lequel les plantes régulent la quantité d'amidon produite via la photosynthèse. Ces connaissances pourraient contribuer à améliorer la qualité et le rendement des cultures agricoles.

Ces résultats de recherche ont été publiés dans la revue scientifique internationale Plant, Cell & Environment le 14 mai 2021.

Points principaux

Les plantes convertissent le dioxyde de carbone (CO2) en substances organiques (telles que l'amidon) via la photosynthèse. Si une plante pousse dans des conditions où il y a une concentration élevée de CO2, la quantité d'amidon qu'elle produit augmente.
Les niveaux de protéines CRCT (*1) augmentent lorsque les concentrations de CO2 sont élevées. On pensait que cette protéine favorisait la synthèse de l'amidon, mais comment elle le fait était inconnue auparavant.
Le groupe de recherche a révélé que les protéines 14-3-3 (*2) jouent un rôle dans la régulation de l'amidon médiée par le CRCT la synthèse.
 Ils ont indiqué la possibilité que le CRCT pénètre et s'active dans les cellules du parenchyme stockant l'amidon après avoir été synthétisé dans les faisceaux vasculaires du phloème.
 Les chercheurs ont également révélé que le CRCT se lie aux sites de régulation sur plusieurs gènes liés à la synthèse de l'amidon et est une protéine activatrice de la transcription.
 La synthèse de l'amidon est un processus vital pour les plantes. L'éclairage du mécanisme de régulation derrière ce processus sera utile pour améliorer la productivité et la qualité des cultures.
 Fond de recherche

 L'augmentation de la concentration de CO2 dans l'atmosphère est la principale cause du réchauffement climatique, qui est un problème mondial. Cependant, il a été dit que cela pourrait profiter aux plantes car elles convertissent le CO2 en amidon via la photosynthèse. Si une culture est cultivée dans des conditions où il y a une concentration élevée de CO2, la synthèse de l'amidon est accélérée, ce qui entraîne une croissance vigoureuse et un rendement accru. La protéine CCT réactive au CO2 (CRCT) est activée dans des conditions où le CO2 la concentration est élevée, cependant sa fonction est restée inconnue. Ce groupe de recherche a étudié ces protéines en utilisant des plants de riz et a précédemment découvert que le CRCT est une protéine importante qui régule la synthèse de l'amidon. Dans leurs dernières découvertes, le groupe a révélé comment le CRCT régule ce processus, ce qui n'était pas compris jusqu'à présent.

 Méthodologie et résultats de la recherche

 Diverses protéines sont nécessaires à la synthèse de l'amidon chez les plantes, notamment le translocateur glucose 6-phosphate/phosphate, l'ADP-glucose pyrophosphorylase, l'amidon synthase et l'enzyme de ramification de l'amidon. Les chercheurs ont émis l'hypothèse que le CRCT régule l'expression de plusieurs gènes correspondant à ces protéines liées à la synthèse de l'amidon. Les protéines qui régulent l'expression des gènes sont appelées facteurs de transcription. Dans de nombreux cas, ces facteurs de transcription forment un complexe avec une autre protéine. Lorsque les chercheurs ont analysé le volume de CRCT à l'intérieur d'une plante, ils ont découvert qu'il peut former un complexe avec certains types de protéine. Pour enquêter davantage, ils ont effectué une analyse à l'aide d'un anticorps qui se lie spécifiquement au CRCT, qui a révélé que le CRCT se lie aux protéines 14-3-3. À partir d'une autre analyse, utilisant cette fois des protéines fluorescentes vertes, le groupe de recherche a mis en évidence que CRCT et la protéine 14-3-3 forment un complexe à l'intérieur du noyau. Ils ont également indiqué la possibilité que le CRCT pénètre et s'active dans les cellules du parenchyme stockant l'amidon après avoir été synthétisé dans les faisceaux vasculaires du phloème. De plus, les chercheurs ont révélé que le CRCT favorise la transcription en se liant à des régions qui régulent l'expression de plusieurs gènes liés à la synthèse de l'amidon.

 On sait qu'il existe une corrélation négative entre l'expression des protéines 14-3-3 et la quantité d'amidon. Cependant, nos résultats ont montré qu'il existe une corrélation positive entre la quantité d'amidon et l'expression de CRCT. Par conséquent, le groupe de recherche suppose que la protéine 14-3-3 et CRCT forment un inactif complexe.

 Développements ultérieurs

 La synthèse de l'amidon est indispensable pour les plantes, et le CRCT, qui régule ce processus, est une cible privilégiée pour les efforts d'amélioration de la qualité et de la productivité des cultures. De plus, CRCT est un gène qui est activé dans des conditions où il y a une concentration élevée de CO2, et cette connaissance sera utile pour sélectionner des cultivars de riz appropriés pour de tels environnements à l'avenir. De plus, des gènes similaires au CRCT ont été trouvés dans toutes les plantes étudiées jusqu'à présent. Le groupe de recherche étudie également actuellement la fonction CRCT dans la pomme de terre, une culture d'amidon de base.

 D'un point de vue académique, il reste encore des questions auxquelles il faut répondre. En regardant les résultats de la recherche actuelle, on peut supposer que les protéines CRCT se déplacent entre les cellules, mais le mécanisme sous-jacent n'est pas connu. De plus, on ne comprend pas comment le CRCT modifie son propre niveau d'expression en réponse aux concentrations de CO2 et aux niveaux de sucre. Si le mécanisme de la régulation par le CRCT de la la synthèse de l'amidon peut être pleinement éclairée, il sera possible d'apporter des améliorations encore plus importantes aux cultures agricoles.