De nombreux gènes sont impliqués dans la “résurrection” —

Dans leur étude, les chercheurs ont examiné de près une espèce étudiée depuis longtemps à l’Université de Bonn, la plante de résurrection Craterostigma plantagineum. Elle porte bien son nom : En période de sécheresse, on pourrait la croire morte. Mais même après des mois de sécheresse, un peu d’eau suffit à le faire revivre. “Dans notre institut, nous étudions depuis de nombreuses années comment la plante fait cela”, explique le professeur Dorothea Bartels de l’Institut de physiologie moléculaire et de biotechnologie des plantes (IMBIO) de l’Université de Bonn.

Ses intérêts incluent les gènes qui sont responsables de la tolérance à la sécheresse. Il est devenu de plus en plus clair que cette capacité n’est pas le résultat d’un seul “gène miracle”. Au lieu de cela, un grand nombre de gènes sont impliqués, dont la plupart se retrouvent également chez des espèces qui résistent moins bien à la sécheresse.

La plante a huit copies de chaque chromosome

Dans la présente étude, l’équipe de Bartel, en collaboration avec des chercheurs de l’Université du Michigan (États-Unis), a analysé le génome complet de Craterostigma plantagineum. Et c’est assez complexe : alors que la plupart des animaux ont deux copies de chaque chromosome — une de la mère, une du père — Craterostigma en a huit. Un tel génome «octuple» est également appelé octoploïde. Nous, les humains, en revanche, sommes diploïdes.

“Une telle multiplication d’informations génétiques peut être observée dans de nombreuses plantes qui ont évolué dans des conditions extrêmes”, explique Bartels. Mais pourquoi est-ce? Une raison probable : si un gène est présent en huit copies au lieu de deux, il peut en principe être lu quatre fois plus vite. Un génome octoploïde peut donc permettre de produire très rapidement de grandes quantités d’une protéine recherchée. Cette capacité semble également être importante pour le développement de la tolérance à la sécheresse.

Chez Craterostigma, certains gènes associés à une plus grande tolérance à la sécheresse sont encore plus répliqués. Ceux-ci incluent les soi-disant ELIP – l’acronyme signifie “protéines inductibles par la lumière précoce”, car elles sont rapidement activées par la lumière et protègent contre le stress oxydatif. Ils se produisent en grand nombre de copies chez toutes les espèces tolérantes à la sécheresse. “Craterostigma possède près de 200 gènes ELIP qui sont presque identiques et sont situés dans de grands groupes de dix ou vingt copies sur différents chromosomes”, explique Bartels. Les plantes tolérantes à la sécheresse peuvent donc vraisemblablement puiser dans un vaste réseau de gènes qu’elles peuvent rapidement réguler positivement en cas de sécheresse.

Les espèces sensibles à la sécheresse ont généralement les mêmes gènes, mais en nombre de copies inférieur. Ce n’est pas non plus surprenant : les graines et le pollen de la plupart des plantes sont souvent encore capables de germer après de longues périodes sans eau. Ils ont donc aussi un programme génétique pour se protéger de la sécheresse. “Cependant, ce programme est normalement désactivé à la germination et ne peut pas être réactivé par la suite”, explique le botaniste. “Dans les plantes de résurrection, en revanche, il reste actif.”

La plupart des espèces « peuvent faire » la tolérance à la sécheresse

La tolérance à la sécheresse est donc quelque chose que la grande majorité des plantes « peuvent faire ». Les gènes qui confèrent cette capacité sont probablement apparus très tôt au cours de l’évolution. Cependant, ces réseaux sont plus efficaces chez les espèces tolérantes à la sécheresse et, de plus, ne sont actifs qu’à certaines étapes du cycle de vie.

Cela dit, toutes les cellules de Craterostigma plantagineum n’ont pas non plus le même “programme de sécheresse”. C’est ce qu’ont montré des chercheurs de l’Université de Düsseldorf, qui ont également participé à l’étude. Par exemple, différents gènes du réseau de sécheresse sont actifs dans les racines pendant la dessiccation que dans les feuilles. Ce constat n’est pas inattendu : les feuilles, par exemple, ont besoin de se protéger contre les effets nocifs du soleil. Ils sont aidés en cela par les ELIP, par exemple. Avec une humidité suffisante, la plante forme des pigments photosynthétiques qui absorbent au moins partiellement le rayonnement. Cette protection naturelle échoue en grande partie pendant la sécheresse. Les racines, en revanche, n’ont pas à s’inquiéter des coups de soleil.

L’étude permet de mieux comprendre pourquoi certaines espèces souffrent si peu de la sécheresse. A terme, il pourrait donc contribuer à la sélection de cultures comme le blé ou le maïs qui supportent mieux la sécheresse. En période de changement climatique, ceux-ci sont susceptibles d’être plus demandés que jamais à l’avenir.

Institutions participantes et financement :

Outre l’Université de Bonn, l’Université d’État du Michigan (États-Unis) et l’Université Heinrich Heine de Düsseldorf ont participé à l’étude. Les travaux ont été financés par la US National Science Foundation (NSF) et la German Research Foundation (DFG).