À quoi pensez-vous lorsque vous entendez le mot hémoglobine ? Si vous êtes comme moi, le sang, l'oxygène, le fer et les tests médicaux vous viennent à l'esprit. Cependant, l'histoire des hémoglobines ne se limite pas aux systèmes circulatoires des vertébrés. Les hémoglobines et des molécules similaires à celles-ci se trouvent dans une variété d'autres organismes, y compris dans les plantes. Un sous-ensemble des hémoglobines trouvées dans les plantes, connues sous le nom de léghémoglobines, sont connues pour être essentielles pour le commerce et symbioses écologiquement importantes formées par des légumineuses avec des bactéries fixatrices d'azote. Dans leur récent article en Annals of Botany, Du, Gao et leurs collègues de l'Université d'agriculture et de foresterie du Fujian en Chine étudier la présence et l'expression des gènes de l'hémoglobine dans le soja. Les données qu'ils présentent mettent en évidence l'une des façons dont le soja maximise probablement l'efficacité des symbioses fixatrices d'azote qu'il forme, et comment cette interaction peut être aidée à fonctionner au mieux dans le champ.

Les léghémoglobines sont produites dans les nodules fixateurs d'azote des plantes légumineuses. Ils fonctionnent pour fournir de faibles quantités d'oxygène aux bactéries fixatrices d'azote dans ces nodules. Ce processus est étroitement contrôlé car trop d'oxygène inhibe la fixation correcte de l'azote. Ces léghémoglobines donnent aux nodules fixateurs d'azote de nombreuses espèces de légumineuses une légère couleur rouge-rose. Cependant, dans les nodules anciens, des léghémoglobines vertes sont également produites et sont associées à la sénescence des nodules (mort). Ces léghémoglobines vertes peuvent être un produit de dégradation des léghémoglobines rouges.

Afin de comprendre le cycle de vie des nodules de soja, Du, Gao et leurs collègues ont surveillé diverses propriétés des nodules au fur et à mesure de leur développement. Parallèlement à d'autres résultats, ils ont découvert que la pigmentation rouge des nodules atteignait un pic parallèlement à la croissance élevée des nodules. L'activité de fixation de l'azote a également culminé parallèlement à la pigmentation rouge et à la croissance des nodules environ 30 jours après l'inoculation. L'activité de fixation d'azote des nodules a ensuite diminué et s'est accompagnée d'une production de léghémoglobine verte. La sénescence des nodules est associée à la fois au vieillissement des nodules et à une grande disponibilité de sources externes d'azote. Les auteurs confirment cela pour les nodules de soja et constatent qu'en cas de forte disponibilité d'azote, les nodules produisent de grandes quantités de léghémoglobine verte et ont de faibles niveaux de fixation d'azote.

Pour mieux comprendre comment le soja peut affiner l'acquisition d'azote en fonction des disponibilités externes d'azote, Du, Gao et ses collègues ont identifié sept hémoglobines codées dans le génome du soja. Cinq d'entre eux ont les caractéristiques des léghémoglobines. Les auteurs constatent que quatre de ces gènes sont fortement exprimés dans les nodules, ce qui correspond aux rôles de soutien de la fixation appropriée de l'azote. L'expression de ces quatre gènes a culminé au niveau ou quelques jours avant le point de fixation maximale de l'azote dans des conditions de faible disponibilité externe de l'azote. Dans des conditions de disponibilité externe élevée d'azote, en revanche, l'expression des quatre gènes était très réduite.

En tant que légumineuse la plus couramment cultivée, le soja revêt une grande importance lorsqu'il s'agit d'optimiser l'acquisition d'azote dans les champs par les légumineuses. Lorsque la disponibilité externe d'azote est faible, le soja et d'autres légumineuses utilisent des interactions symbiotiques avec des bactéries fixatrices d'azote pour obtenir de l'azote utilisable. En revanche, lorsque la disponibilité externe d'azote est élevée, l'initiation de nouveaux nodules est réduite, l'expression des léghémoglobines est réduite et les nodules existants entrent en sénescence. En d'autres termes, les légumineuses n'ont pas besoin de se soucier d'entrer ou de maintenir des symbioses pour obtenir de l'azote utilisable alors qu'il est autrement en haute disponibilité. Comme Du, Gao et ses collègues le montrent, le soja est capable de répondre dynamiquement à cela lors d'une transition soudaine vers une disponibilité élevée en azote, ses nodules racinaires entrant en sénescence. Du, Gao et ses collègues identifient les gènes de léghémoglobine dans le soja avec des modèles d'expression et des réponses compatibles avec les rôles de soutien de la fixation de l'azote lors d'une faible disponibilité externe d'azote, et que ces gènes sont régulés à la baisse lors d'une disponibilité externe élevée d'azote.

Cette étude fournit une base pour approfondir notre compréhension moléculaire de la façon dont la fixation de l'azote est optimisée et maintenue dynamiquement dans la légumineuse sans doute la plus importante. Cela met également en évidence la question intéressante en suspens de savoir quelles autres fonctions les hémoglobines végétales ont en plus de soutenir les symbioses fixatrices d'azote. Du, Gao et leurs collègues identifient supposément deux d'entre eux dans le soja et d'autres travaux ont lié ces protéines aux réponses des plantes au stress. Il semble que les hémoglobines contiennent bien plus que du sang.