Une croissance lente est la clé d’une détection du froid à long terme

Les plantes doivent interpréter les fluctuations de température sur des échelles de temps allant de quelques heures à plusieurs mois pour aligner leur croissance et leur développement sur les saisons.

On sait beaucoup de choses sur la façon dont les plantes réagissent à la température, mais les mécanismes qui leur permettent de mesurer le signal de température sont moins bien compris.

Dans cette étude qui apparaît dans La nature, les chercheurs Yusheng Zhao et Rea Antoniou-Kourounioti dans les groupes du professeur Dame Caroline Dean et du professeur Martin Howard au John Innes Center montrent qu’une croissance lente est utilisée comme signal pour détecter les changements de température à long terme.

« Nous avons trouvé un nouveau mécanisme de détection de la température qui conserve une mémoire à long terme du froid, intégrant des températures fluctuantes pour mesurer la durée du froid. Il s’agit d’un nouveau type de mécanisme physique de détection de la température et peut guider de nouvelles études dans ce domaine, « explique le premier auteur, le Dr Yusheng Zhao.

En utilisant un écran génétique avancé – en regardant la génétique des plantes présentant un trait particulier – ils ont trouvé une réponse dysfonctionnelle. Ces plantes ont montré des niveaux élevés d’une protéine appelée VIN3 à des températures chaudes. Cette protéine est bien connue pour être régulée à la hausse pendant les périodes de froid et interagit avec le système de mémoire moléculaire épigénétique qui permet aux plantes de se souvenir du froid.

Le Dr Yusheng Zhao a découvert que ces plantes avaient l’une des deux versions de NTL8 muté, un facteur de transcription ou une protéine régulatrice qui activait VIN3 même sans rhume.

Pour comprendre le rôle de NTL8, ils l’ont étiqueté avec une protéine fluorescente (GFP) et ont regardé avec l’aide de la plate-forme de bioimagerie du John Innes Center pour montrer où cette protéine est présente par rapport à VIN3. Cela a montré que la version mutée a été trouvée partout dans la plante et que la protéine de type sauvage a été principalement observée dans les pointes de racines en croissance. Il a également montré qu’il s’accumule lentement au fil du temps dans le froid.

En utilisant une approche théorique pour explorer davantage le problème, l’équipe a estimé que la compréhension de la vitesse à laquelle la protéine NTL8 se dégrade peut donner un aperçu du fonctionnement de la dynamique lente de NTL8 et VIN3. Ils ont découvert que la protéine NTL8 est de longue durée, comme prévu par la théorie.

La modélisation mathématique a montré que le principal facteur déterminant la quantité de protéine NTL8 est la dilution dépendante de la croissance. Si le temps se réchauffe, les plantes poussent plus vite et à mesure que les cellules se multiplient, la quantité de NTL8 se dilue. En revanche, à des températures plus fraîches, les plantes poussent plus lentement et le NTL8 est plus concentré, pouvant s’accumuler avec le temps. Le modèle mathématique peut reproduire les observations des niveaux de protéines NTL8 observées dans le chaud et le froid.

Pour tester davantage le modèle, ils ont ajouté des produits chimiques et des hormones pour modifier la croissance des plantes pour voir si cela modifiait les niveaux de NTL8 comme prévu par le modèle, ce qu’il a fait. Dans les racines, ils ont ajouté l’hormone de croissance des plantes Gibberellin, qui accélère la croissance des plantes et les niveaux de NTL8 étaient plus bas, comme prévu. Lorsqu’ils ont ajouté un inhibiteur de croissance, les niveaux de protéines NTL8 étaient plus élevés dans toute la plante. L’équipe a fait des expériences similaires sur les racines, et ces prédictions ont également été confirmées.

Le premier auteur conjoint du Dr Rea Antoniou-Kourounioti ajoute: « Nous avons été surpris par la simplicité du nouveau mécanisme de température que nous avons découvert, qui recycle les informations de température d’un processus [growth] pour créer un mécanisme de détection de température complètement nouveau pour un autre [vernalization—the acceleration of flowering by cold]. Nous pourrions reproduire la plupart des changements liés à la température dans nos observations expérimentales avec notre modèle en changeant simplement le taux de croissance entre le chaud et le froid. « 

«Cette étude révolutionne notre compréhension de la façon dont la température est ressentie par les plantes, et en particulier de la façon dont les conditions environnementales fluctuantes à long terme sont intégrées», explique le professeur Martin Howard.

« Cette étude montre la synergie fantastique lorsque les approches expérimentales sont combinées avec la modélisation informatique. Nous n’aurions jamais compris ce mécanisme en faisant l’un ou l’autre séparément », explique Caroline Dean.

Les résultats seront utiles pour comprendre comment les plantes ainsi que d’autres organismes perçoivent les signaux environnementaux fluctuants à long terme et pourraient s’appliquer aux cultures.