Incidence du changement climatique sur la croissance des plantes

Une équipe de chercheurs de l’université Martin-Luther de Halle-Wittenberg (MLU), à Halle/Allemagne, s’est associée avec l’Institut Leibniz de biochimie végétale (IPB), Allemagne, pour découvrir quels processus moléculaires interviennent dans la croissance des plantes face à la montée des températures.

Cette étude montre que les plantes réagissent de manière bien plus sensible aux fluctuations de températures que les animaux. Il leur est également impossible de rechercher des endroits plus chauds ou plus frais.

Le professeur Marcel Quint, ingénieur agronome à l’université MLU, explique que « lorsque les températures montent, les plantes poussent plus haut pour pouvoir se rafraîchir. Leurs tiges s’allongent et leurs feuilles deviennent moins larges et plus espacées. Cela contribue toutefois à déstabiliser la plante. » Ce phénomène est perceptible, par exemple, lors de la récolte des céréales. Les plantes instables se courbent plus vite sous la pluie et produisent généralement moins de biomasse. On constate également une réduction de la proportion de substances clés (protéines, par exemple) stockées dans les grains.

Questions ouvertes : rôle de la protéine PIF4

Alors que la corrélation entre température et croissance végétale au macro-niveau est relativement bien connue, de nombreuses questions restent en suspens au niveau moléculaire. « Nous commençons juste à comprendre comment les plantes détectent les changements de température et réagissent à ce phénomène, » déclare M. Quint. Des études antérieures ont montré que la protéine PIF4 contrôle directement la croissance végétale et qu’elle dépend de la température. Lorsqu’il fait froid, cette protéine est moins active – autrement dit, la plante ne pousse pas. Lorsqu’il fait plus chaud, elle active les gènes favorables à la croissance et la plante grandit.

« Jusqu’à présent, on ne savait pas très bien comment la plante sait quand activer la protéine PIF4 et quelle quantité en libérer. Il y avait, dans nos connaissances, d’importantes lacunes sur la voie exacte suivie par les signaux déterminant la croissance en fonction de la température, » précise M. Quint.
Or, c’est précisément ce que viennent de découvrir les chercheurs de Halle. Ils ont étudié la croissance de jeunes pousses d’une plante modèle appelée arabette des dames (Arabidopsis thaliana). Normalement, ses jeunes pousses forment de courtes tiges à 20 degrés Celsius. Ces tiges s’allongent considérablement à 28°C. En laboratoire, les chercheurs ont identifié des plantes présentant un défaut génétique faisant qu’elles forment des tiges courtes, même à 28°C.  

Dans une seconde étape, les chercheurs ont cherché d’éventuelles raisons à ce manque de croissance. Ils ont découvert une hormone qui active le gène PIF4 à haute température et produit ainsi la protéine. Cette réaction n’a pas lieu dans les plantes ayant muté. « Nous avons découvert le rôle de cette hormone spéciale dans la voie de signalisation et avons identifié un mécanisme grâce auquel le processus de croissance est régulé de manière positive à haute température, » explique M. Quint.

Cette étude est l’aboutissement d’un projet de recherche financé par la Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, fondation allemande pour la recherche).

Les conclusions des chercheurs de Halle peuvent contribuer, ultérieurement, à produire des plantes qui resteront stables, même à forte température, tout en ayant un rendement suffisant. Pour cela, les résultats de la recherche fondamentale effectuée sur des plantes modèles devront d’abord être transférés à des plantes cultivées telles que les céréales.

L’étude est publiée dans le dernier numéro de la revue internationale « Current Biology »,

(MLU/wi)

Publication :

Ibanez, Carla et al.: "Brassinosteroids dominate hormonal regulation of plant thermomorphogenesis via BZR1", Current Biology, DOI: 10.1016/j.cub.2017.11.077