Faire le lien entre le temps et l'énergie pour les gènes végétaux
Le système d'horloge interne de la plante, relié au rythme circadien, contrôle de nombreux aspects de la croissance et du métabolisme végétal. En particulier, l'orchestration du métabolisme du carbone durant le cycle jour/nuit est essentielle pour que les cellules des plantes évitent des périodes de «famine». Grâce au financement de l'UE, les chercheurs du projet TIMET (Linking the clock to metabolism) ont choisi d'étudier trois systèmes biologiques étroitement liés: le rythme circadien, la voie métabolique de l'amidon et la voie métabolique isoprénoïde. Responsables de la production de près de 30 000 biomolécules, les isoprénoïdes incluent le cholestérol, la vitamine K et toutes les hormones stéroïdes. La recherche conduite dans le cadre du projet reposait sur l'accumulation et l'intégration de grands ensembles de données dans un modèle complexe, par une approche de biologie des systèmes. Les résultats de la recherche ont intégré les produits de l'expression génétique de l'horloge et les ont associés à plusieurs voies de sortie de l'horloge. Les données transcriptomiques et protéomiques ont montré que les rythmes quotidiens de la productivité moléculaire sont affectés par la longueur du jour et les mutations métaboliques et de l'horloge, ainsi que par le changement climatique. La régulation de l'amidon était calculée de manière horaire et les résultats révèlent une rétroaction au niveau du système. De manière intéressante, il a été observé que la dégradation de l'amidon se poursuivait pendant la journée. Les modèles précédents faisaient la distinction entre un état diurne et un état nocturne. Les travaux ont mis en lumière la manière dont l'utilisation de l'énergie et du carbone sont optimisés et les facteurs globaux qui contrôlent le rythme de croissance ont été identifiés. L'équipe a également rédigé une publication montrant la connexion entre le contrôle de la croissance des racines par le sucre et le rythme circadien. De plus, ils ont découvert les molécules et les métabolites clés et ont établi une infrastructure de données pour soutenir les futurs efforts de recherche. Les modèles développés ont révélé de nouveaux groupes et réseaux de gènes qui régulent le métabolisme végétal nuit et jour dans un système d'une souplesse inattendue. Un modèle de cadre général a été conçu sur la base de ces nouvelles connaissances et testé à l'aide d'une simulation de mutation d'horloge pour expliquer les modifications de biomasse. L'équipe TIMET a été la première à établir un lien entre une dynamique d'expression génétique modifiée et des changements quantitatifs dans l'un des niveaux de contrôle les plus élevés des plantes. Les voies métaboliques étudiées dans le cadre de TIMET sont parmi les plus importantes pour déterminer le rendement des cultures vivrières ou non. Les travaux futurs porteront certainement sur l'application de l'approche systémique aux cultures les plus importantes d'un point de vue économique dans le domaine agricole, ainsi que pour d'autres systèmes biologiques.
Mots‑clés
Métabolisme des plantes, expression génétique, horloge circadienne, voie métabolique, récolte
