Les horloges circadiennes aident les organismes à anticiper et à réagir aux changements environnementaux quotidiens, tels que la lumière et la température. Chez les plantes, ces horloges contrôlent les processus vitaux comme la photosynthèse, la floraison et les réponses au stress. Lorsque les températures augmentent, une horloge qui fonctionne bien peut aider les plantes à ajuster leur physiologie pour éviter la surchauffe, conserver l'eau ou optimiser l'utilisation des nutriments. Des recherches récentes publiées dans New Phytologist sur deux espèces d'arbres des forêts de Patagonie ont fourni des informations sur Comment ces horloges pourraient influencer la survie des arbres et la croissance dans un climat qui se réchauffe.
Les arbres utilisent leur horloge circadienne, qui est régulée avec précision par des signaux qui transmettent des informations sur le temps extérieur, comme le cycle naturel du jour et de la nuit, pour reconnaître les changements quotidiens et saisonniers et ajuster les fonctions vitales. Cet entraînement quotidien par des signaux cycliques agit comme un signal fiable pour maintenir l'horloge sur la bonne voie. Même lorsqu'il est exposé à des températures différentes dans une large plage thermique, le système circadien reste synchronisé et fonctionnel. Cependant, lorsqu'il est exposé à des températures en dehors de cette plage thermique, l'horloge tombe en panne et les arbres peuvent perdre les avantages de pousser dans l'environnement naturel, ce qui peut réduire leur productivité.
L'étude s'est concentrée sur deux espèces étroitement apparentées de Nothofagus, un genre d'arbres que l'on trouve dans les forêts de Patagonie en Amérique du Sud. Ces espèces ont offert une occasion unique d'explorer l'adaptation aux changements de température, car on vit dans des environnements plus frais et à haute altitude (Nothofagus pumilio), tandis que l'autre habite des régions plus chaudes et de basse altitude (Nothofagus obliqua).
En combinant bioinformatique, biologie moléculaire et écophysiologie, les recherches menées par Maximiliano Estravis-Barcala et Verónica Arana ont porté sur la manière dont la hausse des températures affecte les horloges circadiennes de ces espèces. En laboratoire, ils ont analysé les changements d'expression génétique (comment les gènes s'activent et se désactivent) en réponse à des températures plus élevées. En utilisant la montagne comme laboratoire naturel, ils ont réalisé des expériences de « changement d'altitude », en plantant des semis de chaque espèce dans leur environnement naturel et non indigène. Cette approche leur a permis de déterminer dans quelle mesure les horloges circadiennes et les performances globales des arbres se comportaient dans des conditions plus chaudes ou plus froides.
Les résultats ont révélé des différences intéressantes entre les deux espèces. Nothofagus pumilio, celui qui s'est adapté au froid, a eu des difficultés lorsqu'il a été exposé à des températures plus élevées. Alors que l'horloge fonctionnait normalement à 20 °C, des températures chaudes de 34 °C ont provoqué une rupture de l'expression rythmique de gènes clés. Cette perturbation s'est étendue à la régulation de processus sensibles au temps, de nombreux gènes perdant leur schéma jour-nuit et passant à des réponses au stress. Des expériences de changement d'altitude ont montré que N. pumilio, a eu du mal à synchroniser ses rythmes circadiens dans des environnements plus chauds et à basse altitude, ce qui a entraîné une perturbation des schémas d'expression génétique et une réduction de la croissance et de la survie.
En revanche, N. obliquaOriginaire d'habitats plus chauds, cette espèce a conservé un fonctionnement circadien robuste et s'est bien comportée à différentes altitudes. Son horloge circadienne est restée stable, même dans des conditions plus chaudes, lui permettant de maintenir ses taux de croissance et de survie. Globalement, cela suggère que les différences interspécifiques dans l'influence de la température sur le fonctionnement de l'horloge circadienne sont liées à la plasticité thermique des plantules dans leur milieu naturel.
Nos résultats, selon lesquels les semis de N. pumilio (espèces de haute altitude qui habitent des environnements plus froids) avaient une fonction oscillatrice limitée dans les zones plus chaudes (basse altitude) de la forêt, et une survie et une croissance réduites est une nouvelle preuve qui relie la perturbation de la fonction oscillatrice à une faible tolérance aux températures plus élevées dans l'environnement naturel. En revanche, les semis de N. obliqua (espèces de basse altitude qui habitent des environnements plus chauds) ont pu maintenir des rythmes à des températures plus élevées que N. pumilio, et ils ont montré une survie et une mortalité similaires dans les deux environnements de l'expérience de changement de température/altitude, ce qui est cohérent avec le fait que N. obliqua les semis ont montré des oscillateurs synchronisés dans les deux environnements.
Ces résultats mettent en évidence les implications importantes du changement climatique sur les écosystèmes forestiers, en insistant sur la vulnérabilité des espèces adaptées au froid comme N. pumilio. À mesure que la planète se réchauffe, les perturbations de la synchronisation circadienne peuvent perturber l’équilibre physiologique et écologique de ces espèces, limitant ainsi leur croissance et leur survie. Il est essentiel de comprendre comment les rythmes internes sont affectés par la hausse des températures pour prévoir et atténuer les conséquences plus larges pour les plantes et les écosystèmes qu’elles soutiennent, soulignant le besoin urgent de stratégies adaptatives pour protéger ces environnements fragiles.
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Estravis-Barcala M., Gaishuk S., González-Polo M., Martinez Meier A., Gutiérrez RA, Yanovsky MJ, Bellora N. et Arana MV (2024) « Effet de la température sur le fonctionnement de l’horloge circadienne des arbres dans le contexte du réchauffement climatique » New PhytologistDisponible sur : https://doi.org/10.1111/nph.20342
Nothofagus pumilio en Patagonie chilienne, près de Punta Arenas. Photo : canva.
