Quand il fait chaud, les plantes ne peuvent pas se promener à l'ombre pour se rafraîchir. Au lieu de cela, ils utilisent thermomorphogenèse, ils changent de forme pour améliorer leur refroidissement. Martijn van Zanten et ses collègues ont trouvé comment ils y parvenaient, ouvrant des possibilités pour de nouvelles recherches. La molécule est appelée HISTONE DEACETYLASE 9 (HDA9), et une nouvelle recherche publiée dans PNAS montre comment elle signale à d'autres hormones de modifier l'architecture de la plante lorsqu'il fait trop chaud. C'est intéressant parce que HDA9 est déjà connu pour avoir certaines fonctions dans la germination, et aussi il ne semble pas être connecté à une autre molécule appelée PIF4.

PIF4 (PHYTOCHROME-INTERACTING FACTOR 4, pour lui donner son nom complet) est un thermocapteur. Cela aide une plante à savoir à quel point il fait chaud. PIF4 est lié aux réponses lumineuses des plantes. Ainsi, lorsque vous commencez à interférer avec le fonctionnement de PIF4, vous risquez également d'avoir des conséquences imprévues sur la façon dont la plante réagit à la lumière et à l'ombre. HDA9 réagit à la chaleur sans se connecter à PIF4. À des températures croissantes, l'abondance de l'enzyme augmente, ce qui entraîne la suppression des modifications épigénétiques des protéines histones liées à l'ADN qui ont un effet inhibiteur sur la synthèse de l'auxine, l'hormone de croissance végétale bien connue. En conséquence, les niveaux d'auxine augmentent et la plante ajuste sa stature.

"Ce nouveau mécanisme est scientifiquement très intéressant, car il montre qu'une Histone Deacetylase 9 a un effet positif indirect sur la transcription, alors que les Histone Deacetylases sont généralement acceptées comme suppresseurs de ce processus", a déclaré Van Zanten.

Le mécanisme précis d'activation de HDA9 reste un mystère, explique van Zanten. « Nous ignorons si HDA9 est un thermosenseur direct, mais nous avons démontré qu'il agit indépendamment du seul thermosenseur confirmé chez les plantes, le phytochrom B (et qu'il fait donc partie d'une nouvelle voie de thermosignalisation). La difficulté intrinsèque des études sur les thermosenseurs réside dans le fait que, par principe, toute molécule biologique possède des capacités thermosensibles intrinsèques, dues à des effets thermodynamiques passifs. Cela complexifie considérablement l'étude des mécanismes thermosensibles directs/actifs. De plus, HDA9 étant une enzyme, les signaux de température sont assurément transmis passivement par la protéine à son substrat. La question est donc de savoir si cette transmission se fait via une cinétique thermique atypique (probablement un capteur) ou via une cinétique thermique classique (effets thermodynamiques passifs) (il pourrait s'agir ou non d'un capteur). »

«Nous avons mené des expériences sur l'activité enzymatique de HDA9 à différentes températures, mais cela n'a pas révélé de valeur inhabituelle de« cinétique Q10 », ce qui signifie que la réactivité de l'enzyme à la température s'explique probablement par un effet thermodynamique passif «normal». Cependant, cela n'exclut pas la possibilité d'être un thermocapteur direct car l'activité n'est qu'un aspect (le repliement des protéines pourrait également dépendre de la température, par exemple, pour donner un exemple). D'autre part, nous avons observé que les niveaux de protéine HDA9 se stabilisent à des températures élevées et étant donné la nature de la protéine en tant qu'enzyme, il est peu probable que HDA9 médie sa propre stabilité. Donc, cela indiquerait qu'un régulateur en amont de HDA9 est nécessaire et que ce régulateur peut être (une partie de) l'événement thermosensoriel. HDA9 est sujette à la dégradation protéasomique, nous soupçonnons donc qu'un effet de thermodétection en amont pourrait être un facteur dans la dégradation du protéasome HDA9 dans des conditions de contrôle, mais stabilise HDA9 à des températures élevées.

Ce n'est pas la première fois que van Zanten étudie le HDA9. Il avait auparavant regardé son rôle dans la germination. Ce sont les plantes issues de ces recherches antérieures qui ont conduit de manière inattendue aux nouvelles découvertes, a déclaré van Zanten. "J'ai commencé à tester les mutants que j'avais apportés de mon ancien institut et j'ai découvert le rôle de HDA9 dans la thermomorphogenèse en fait par coïncidence. Plus tard, un groupe en Australie (l'un des co-auteurs de mon article actuel) a trouvé un rôle pour le facteur Powerdress (PWR) dans la signalisation de la température et ce facteur s'est alors avéré interagir avec HDA9 par d'autres, et les données que nous avons collectées à ce moment-là correspondaient entièrement. »

« Dans l'article actuel de PNAS, nous élucidons les mécanismes sous-jacents. Nous n'avons jamais testé le rôle de HDA9 dans la germination dépendante de la température (nous devrions en fait…), mais nous savons que HDA9 a un rôle dans l'établissement des semis et le démarrage du programme végétatif des plantes et la désactivation du programme embryonnaire après la germination. Cela correspond à notre conclusion actuelle selon laquelle HDA9 est important pour la thermodétection au début de la vie de la plante (semis). Il existe donc une relation spatio-temporelle entre le rôle de HDA9 dans la biologie des graines et l'établissement des semis et la thermomorphogenèse que nous suivons actuellement, en testant si les gènes cibles HDA9 connus dans les graines jouent également un rôle dans l'acclimatation à la température.

In sa revue Nature Plants, van Zanten note que la plupart des travaux sur la température de l'usine se sont situés entre 20 et 29 °C. Bien qu'il s'agisse d'une fenêtre importante pour l'agriculture, van Zanten pense qu'il pourrait y avoir plus à découvrir dans la façon dont HDA9 réagit avec la physiologie en dehors de cette plage. « Nous n'avons testé le rôle HDA9 que dans la plage de « thermomorphogenèse » (20-29 °C), mais je ne serais pas surpris si cela affectait également les réponses au stress dû à la chaleur ou au froid. Notez cependant que nous considérons la « thermomorphogénèse » comme une réponse d'acclimatation physiologique (« vivre de manière optimale dans des conditions non optimales ») ; c'est-à-dire qu'aucune signalisation de stress typique n'est impliquée qui est requise pour la tolérance (vivre ou mourir), comme l'accumulation de ROS ou les mécanismes de protection cellulaire par induction, qui sont induits par le stress dû au froid et à la chaleur.

« D'un point de vue plus historique, les domaines de la signalisation du froid et de la signalisation de la chaleur sont des communautés différentes et plus tard, la communauté de la thermomorphogenèse est intervenue, qui a ses racines dans la photobiologie. Nous commençons maintenant à réaliser qu'en fait, certains des facteurs clés impliqués dans la signalisation par le froid ont également un rôle dans la thermomorphogenèse et probablement vice versa, il en va de même. Le problème avec les expériences de température est que chaque «température» étudiée nécessite une chambre de croissance réglée à cette température, ce qui complique considérablement les études sur les gradients de température de manière contrôlée. Nous avons maintenant développé une table de thermogradients dans laquelle nous pouvons fournir différentes températures de 5°C à 40°C en même temps, dans le but de vérifier réellement si la signalisation de la température est un continuum, impliquant les mêmes facteurs, ou si chaque plage de température dépend sur "son propre" programme génétique. J'espère donc que je pourrai apporter une réponse plus concluante dans quelques années."

Alors que les cultures peuvent être mieux adaptées avec la thermomorphogenèse, van Zanten dit qu'il y a des compromis à faire avec l'utilisation de l'eau. Mais il pourrait aussi y avoir d'autres avantages. "L'utilisation de l'eau augmentera lorsque les plantes transpireront davantage, donc oui, la thermomorphogenèse augmente généralement également l'utilisation de l'eau, et ce n'est pas toujours souhaité. Cependant, dans de nombreux cas, l'objectif appliqué n'est pas de rendre les plantes allongées, mais de les conserver compactes (pensez aux plantes ornementales). Nous pouvons également y appliquer les informations sur HDA9. De plus, si les plantes s'adaptent de manière optimale à une certaine température, les avantages pourraient résider dans une moindre demande de chauffage ou de refroidissement des serres ; donc économiser de l'énergie.

La principale découverte est que, parce que HDA9 est indépendant de PIF4, il est désormais possible de séparer la réponse à la lumière et à la chaleur des plantes. "L'évitement de l'ombre et la thermomorphogenèse sont phénotypiquement similaires et la plupart des facteurs génétiques, sinon tous, actuellement associés à la thermomorphogenèse jouent également un rôle dans l'évitement de l'ombre", a déclaré van Zanten. «Avec HDA9 à portée de main, nous pouvons désormais séparer les voies, ce qui peut être utile pour orienter la réactivité à la température indépendamment des réponses lumineuses. De plus, dans la révolution verte, la sélection des grandes cultures était parmi d'autres traits contre l'évitement de l'ombre (pour permettre des peuplements denses dans le champ, avec des plantes compactes à haut rendement) et cela s'est également produit au détriment de la sensibilité à la température. En utilisant la signalisation HDA9, nous pouvons maintenant commencer à travailler pour ramener/régler la réactivité de la température et la réactivité de la lumière au besoin. »

En conséquence, la recherche offre de nouvelles cibles pour la sélection végétale afin d'améliorer la tolérance climatique des cultures. Étant donné qu'actuellement, chaque degré Celsius d'augmentation de la température peut entraîner jusqu'à 10 % de perte de récolte, cela pourrait être une aide importante pour nourrir les gens à l'avenir.