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La recherche sur la mort cellulaire végétale pourrait profiter au développement des cultures

La résolution des mystères entourant la mort cellulaire programmée chez les végétaux a ouvert un nouveau champ de recherche et pourrait un jour aider les chercheurs à créer des cultures plus résistantes.

Recherche fondamentale

La mort cellulaire programmée (MCP) est un processus fondamental pour le développement et la santé de tous les organismes multicellulaires. Chez les animaux, la MCP équilibre le nombre de cellules dans les organes, contribue à supprimer les tissus qui ne sont plus nécessaires et élimine les cellules infectées ou cancéreuses. «Comme les défaillances dans la régulation de la MCP peuvent conduire à des maladies humaines graves, les mécanismes de la MCP animale sont comparativement bien étudiés», explique Moritz Nowack, coordinateur du projet PROCELLDEATH, professeur au Centre VIB-UGent de biologie des systèmes végétaux en Belgique. «Toutefois, les plantes ont aussi développé des formes de MCP essentielles à leur développement et à leurs réponses immunitaires. Il n’est pas exagéré de dire que les plantes, telles que nous les connaissons, ne pourraient exister sans la mort cellulaire programmée.» Malgré son importance comme principe fondamental du développement, nous en savons encore peu sur la MCP chez les végétaux. «La MCP est un processus très rapide qui laisse souvent peu de traces», remarque Moritz Nowack. «La découverte de l’existence et de la régulation active de nombreux types développementaux de MCP sont récentes. La recherche sur la MCP végétale reste donc une zone de recherche scientifique peu fréquentée.»

La racine du problème

Le projet PROCELLDEATH a été lancé en 2015 pour mieux comprendre le rôle que joue la MCP dans le développement des végétaux. Moritz Nowack pense que cela pourrait aider les chercheurs à concevoir de nouvelles stratégies pour renforcer la résilience des cultures aux différents stress environnementaux. Dans le contexte du changement climatique, ceci est particulièrement important. «Avant ce projet, nous avons découvert un processus de mort cellulaire dans la calotte racinaire de la plante modèle, Arabidopsis thaliana», ajoute Moritz Nowack. «Située à la périphérie de la pointe de la racine en croissance, la mort cellulaire de la coiffe racinaire sert à éliminer les anciennes cellules de la coiffe.» Moritz Nowack voulait s’appuyer sur ces travaux en recherchant les signaux et les mécanismes cellulaires qui contrôlent l’exécution de la MCP précisément au moment où ils interviennent. Pour y parvenir, une combinaison d’approches de pointe, notamment la génétique végétale, l’imagerie de cellules vivantes et l’édition génomique ont été utilisées. Avec ces techniques, Moritz Nowack et son équipe ont pu identifier des gènes cibles spécifiques associés aux MCP qui sont régulés par des facteurs de transcription clés. Ces facteurs sont capables d’activer les programmes de MCP, non seulement dans la coiffe racinaire, mais dans pratiquement n’importe quelle cellule végétale. «Nous avons également développé CRISPR-TSKO, une approche pour muter ces gènes cibles de manière à ne pas interférer avec le développement des racines ou des plantes en général», ajoute-t-il.

Solutions durables

PROCELLDEATH pourrait ouvrir la porte à de nouvelles applications agricoles. «Nous avons collaboré avec une importante société semencière basée aux États-Unis pour étudier la possibilité de retarder la MCP pendant la reproduction des plantes», remarque Moritz Nowack. «Cela permettrait de stabiliser le rendement des semences.» La traduction des résultats en applications agricoles n’est cependant pas simple en raison des restrictions légales liées à l’amélioration ciblée des cultures. Néanmoins, une stratégie d’évaluation des risques pourrait permettre aux résultats de contribuer plus directement aux pratiques agricoles. «J’aimerais que notre travail contribue au développement de nouvelles variétés de cultures», dit-il. «Cela pourrait contribuer à garantir la sécurité alimentaire et à améliorer la protection de l’environnement en utilisant les ressources naturelles de manière durable.» Dans tous les cas, ces travaux ont donné un élan essentiel à la recherche européenne. «Nous sommes maintenant en tête pour aborder l’aspect le plus difficile de la recherche sur la mort cellulaire: identifier les mécanismes réels utilisés pour interrompre activement la fonction cellulaire de manière contrôlée pendant la MCP végétale», ajoute Moritz Nowack. «Ces résultats contribueront également à une appréciation de la MCP comme un mécanisme fondamental dans le développement des plantes et attireront davantage de biologistes à étudier ce processus fascinant.»

Mots‑clés

PROCELLDEATH, plantes, cellules, cultures, multicellulaires, cancéreuses, MCP, biologistes, CRISPR-TSKO

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