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Des plantes affamées pour mieux nourrir le monde

Les plantes reprogramment leur métabolisme en cas de manque d'énergie, pour économiser les ressources. Des scientifiques ont étudié ce mécanisme de réduction de la consommation d'énergie, pour améliorer les cultures face à la demande en aliments d'une population mondiale croissante et à la menace du réchauffement planétaire.
Des plantes affamées pour mieux nourrir le monde
Tous les organismes régulent leur équilibre énergétique via des voies de signalisation conservées par l'évolution, et où des kinases, des enzymes et les protéines contrôlant la phosphorylation ont un rôle important. Pour soutenir leur croissance et leur développement, les organismes modulent le taux d'alimentation (par photosynthèse ou autre), de stockage et d'utilisation des ressources en énergie.

Lorsque les sources d'énergie sont limitées, les organismes eucaryotes réduisent leur usage de l'énergie. Une carence prolongée entraîne une large reprogrammation du métabolisme, dans le cadre d'une réaction nommée le syndrome à faible énergie (LES). Il se caractérise par la répression de la biosynthèse et de la croissance, et le déclenchement de processus cataboliques qui dégradent des molécules stockées pour produire de l'énergie.

Les scientifiques du projet MERIT (Metabolic reprogramming by induction of transcription), financé par l'UE, ont étudié le LES chez les plantes. Ils voulaient comprendre les mécanismes régulant l'équilibre énergétique chez les plantes, et leur impact sur la survie en situation de stress.

Les partenaires du projet ont identifié des étapes clés de la régulation, et conçu de nombreux outils pour améliorer l'usage des données génomiques sur les plantes. Ils se sont particulièrement intéressés aux données de transcriptomique, de séquençage du protéome, et aux translatomes. Les chercheurs ont constaté que le premier facteur de transcription dans la région de base, des protéines leucine zipper (bZIP), était régulé directement via phosphorylation par une protéine kinase de la plante, SnRK1.

Ces kinases sont cruciales pour l'équilibre énergétique de l'organisme. Elles régulent le métabolisme primaire en contrôlant des facteurs de transcription, lesquels contrôlent l'expression de gènes codant pour des enzymes clés. Les chercheurs ont aussi identifié divers profils métaboliques associés au LES, ouvrant la voie à la découverte des molécules impliquées dans la reprogrammation métabolique.

Le projet MERIT a montré que la signalisation SnRK1 et le métabolisme reprogrammés sont essentiels pour établir la tolérance et la croissance durant la croissance de la plante, ce qui contribuera à améliorer le rendement des cultures et leur résistance au stress. En outre, le consortium a exploré le potentiel commercial de ces résultats en conduisant des expériences hautement contrôlées et dans des conditions reproductibles. Enfin, la participation active de leaders dans les cultures et la productivité des plantes, soutiendra l'exploitation efficace des découvertes de MERIT, au bénéfice de la population mondiale.

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Mots-clés

Manque d'énergie, équilibre énergétique, kinases, phosphorylation, syndrome du manque d'énergie, MERIT, leucine zipper, bZIP, SnRK1