Attendre longtemps qu'un bus n'arrive que pour que deux arrivent à la fois est garanti pour faire froncer les sourcils, ou pire. Mais, dans ce cas, deux bus ensemble ont un effet tout à fait différent. Les bus concernés sont deux "Lettres" consécutives parues le 23 octobre 2011 dans la revue Nature (Licausí et al. Nature doi: 10.1038 / nature10536 et Gibbs et al., Nature doi: 10.1038 / nature10534). Leur apparition fait sourire plutôt que froncer les sourcils à ceux qui attendaient depuis longtemps des nouvelles sur la façon dont les plantes détectent le manque d'oxygène et comment elles se protègent contre une perte supplémentaire d'oxygène. Ceci est important car les plantes en croissance ont besoin de réserves abondantes d'oxygène. Cependant, l'apport en oxygène est souvent menacé par des sols trop humides et par des inondations ou des submersions plus profondes, en particulier pour les semis de nos cultures. Les plantes aquatiques et semi-aquatiques comme le riz ne sont pas les seules à avoir évolué pour faire face à ce problème. Les plantes terrestres possèdent elles aussi des mécanismes adaptatifs qui interviennent lorsque l'oxygène diminue. Ceux-ci leur permettent de survivre un peu plus longtemps si l'oxygène diminue davantage ou disparaît complètement. On sait depuis des années qu'exposer les semis à un manque partiel d'oxygène pendant quelques heures améliore leur capacité à survivre à une période ultérieure sans oxygène. Cet effet d'entraînement est lié à une expression accrue de certains gènes, notamment ceux codant pour des enzymes impliquées dans le métabolisme anaérobie (par exemple, l'alcool déshydrogénase, la pyruvate décarboxylase, la saccharose synthase). Mais comment les plantes perçoivent la baisse d'oxygène et activent les gènes appropriés est resté jusqu'à présent incertain. C'est la question que répondent ces deux Lettres à la Nature.

Chaque groupe a utilisé la plante modèle Arabidopsis thaliana et chacun s'est concentré sur un sous-groupe de facteurs de transcription appelé facteurs de réponse à l'éthylène (ERF), protéines clés médiatrices détectant le manque d'oxygène. Ne vous laissez pas tromper par son nom. L'hormone végétale éthylène n'est ni nécessairement impliquée dans la production des membres du sous-groupe (le sous-groupe VII de l'ERF pour être précis) ni dans leur activation de gènes adaptatifs clés tels que l'alcool déshydrogénase. Les deux articles identifient également la régulation de la dégradation des protéines ERF comme le processus clé de réponse à l'oxygène. Il a été démontré que la sensibilité du mécanisme de dégradation des protéines au manque d'oxygène dépend de la présence d'une séquence d'acides aminés N-terminale appropriée. Lorsque les concentrations en oxygène diminuent, cette séquence terminale est essentielle pour protéger l'ERF de la dégradation plus courante observée dans les cellules totalement aérobies. Ces résidus N-terminaux sont également présents dans les protéines d'autres organismes, où ils sont déjà connus pour être des substrats de la voie dite de la règle N-terminale qui les dégrade rapidement. Cette voie comporte une étape nécessitant de l'oxygène qui permet un processus appelé ubiquitination. Ceci, à son tour, entraîne une dégradation au sein des grands corps protéiques (protéosomes). Détecter un faible taux d'oxygène chez les plantes revient donc à bloquer l'oxydation d'un facteur de transcription clé de type ERF à l'extrémité N-terminale. Cela prolonge alors suffisamment sa vie cellulaire pour qu'il active les gènes adaptatifs nécessaires à une meilleure tolérance à la perte d'oxygène. Outre la protection contre la dégradation lorsque les concentrations en oxygène sont faibles, ERF cible les gènes inductibles par l'hypoxie dans le noyau. De plus, ce ne sont pas seulement la stabilité post-traductionnelle et le ciblage qui sont impliqués. La transcription du gène de l'ERF, connu sous le nom de RAP2.12, est également favorisée lorsque l'air (21 % d'oxygène) est remplacé par 1 % d'oxygène.

Chacun de ces deux articles renforce l'autre. Les résultats, riches en détails expérimentaux, promettent de nouvelles approches moléculaires pour améliorer la tolérance aux inondations des cultures du futur. Dans un monde de plus en plus affamé et exposé aux inondations, cela ne peut être qu'une excellente nouvelle.