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Integrating cell growth and cell division with light signals and circadian clock function – the role of Arabidopsis S6 kinase in the regulation of the diurnal pattern of growth

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L’horloge circadienne et la lumière s’associent pour contrôler le développement des plantes

La perception de la lumière et l'horloge circadienne régulent chaque jour le schéma de croissance des plantes. L’analyse des mécanismes moléculaires en aval de cette régulation pourrait avoir un impact significatif sur le rendement des cultures.

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Lumière et horloge circadienne contrôlent le cycle de croissance et la détection de l’environnement proche des plantes. Elles constituent ainsi les paramètres essentiels de régulation de la survie et de la biomasse des végétaux. Les protéines PIF à valeur de facteurs de transcription (pour phytochrome-interacting factor) relient ces deux voies de signalisation. Malgré une connaissance approfondie de ces deux voies, le détail de leurs effecteurs en aval est encore mal compris. Grâce au financement de l'UE, le projet S6KDIURNALGROWTHARAB a pu acquérir de nouvelles connaissances concernant la régulation circadienne de la protéine ribosomique S6 kinase (S6K) du ribosome 40S d'Arabidopsis. S6K est une cible TOR (Target of Rapamycin) et une protéine régulatrice de la synthèse des protéines. De plus, Arabidopsis thaliana S6K est régulée par la disponibilité en éléments nutritifs, le stress osmotique, la signalisation des phytohormones (par exemple l'auxine) ou le sucre. Des recherches précédentes menées par les membres du projet ont déjà montré que S6K était un bon candidat en tant qu’interrupteur moléculaire entre croissance cellulaire et prolifération cellulaire. S6K inhibe la prolifération cellulaire en s’associant à la voie RBR-E2F mais l'un de ses gènes, S6K1, est coexprimé avec une composante fondamentale ayant les propriétés d’un oscillateur principal de l'horloge circadienne. S6K étant codé par deux gènes, S6K1 et S6K2, les chercheurs ont étudié la régulation circadienne d'Arabidopsis S6K1 et S6K2 à l’échelle transcriptionnelle, traductionnelle et post-traductionnelle. Ces travaux montrent que l'horloge circadienne fournit une régulation transcriptionnelle et post-traductionnelle supplémentaire des gènes S6K. Les chercheurs ont suivi le profil d'expression de S6K1 et S6K2 dans différents organes de la plante via des programmes de développement spécifiques. Ils ont plus particulièrement analysé les hypocotyles, les cotylédons et les racines des plantes. Ils ont également évalué la façon dont la lumière, le rythme circadien et les phénotypes liés à la croissance étaient associés à la modulation de la transcription de S6K et aux concentrations de protéines. La couche ajoutée de contrôle transcriptionnel est spécifique de l’organe, suggérant ainsi que la fonction de la protéine S6K pourrait être modulée en fonction de différents programmes de développement des plantes. Au cours du projet, de nouveaux facteurs affectant la régulation circadienne de la croissance et du développement des plantes ont été identifiés et pourraient transformer les programmes de sélection végétale. Ces travaux nous apportent ainsi un nouveau cadre pour appréhender la réponse de croissance des plantes potentiellement modulable en fonction des différentes conditions environnementales. Ce résultat revêt une importance particulière dans le contexte d’un changement climatique, susceptible d’affecter les cultures mondiales.

Mots‑clés

Lumière, horloge circadienne, croissance des plantes, S6KDIURNALGROWTHARAB, S6K

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