Certaines plantes peuvent survivre des mois sans eau, pour redevenir vertes après une brève averse. Une étude récente des universités de Bonn et du Michigan montre que cela n’est pas dû à un « gène miracle ». Cette capacité est plutôt la conséquence de tout un réseau de gènes, dont presque tous sont également présents dans des variétés plus vulnérables. Les résultats sont déjà parus en ligne dans Le journal des plantes.
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. Il porte bien son nom : en période de sécheresse, on pourrait le croire mort. Mais même après des mois de sécheresse, un peu d’eau suffit à le raviver. «Dans notre institut, nous étudions depuis de nombreuses années comment la plante agit ainsi», 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 le 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, de nombreux gènes sont impliqués, dont la plupart se trouvent également chez des espèces qui résistent moins bien à la sécheresse.
La plante possède 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 cela 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. En revanche, nous, les humains, sommes diploïdes.
« Une telle multiplication de l’information génétique peut être observée dans de nombreux plantes qui ont évolué sous des conditions extrêmes", dit Bartels. Mais pourquoi ? 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 requise. Cette capacité semble également importante pour le développement de Tolérance à la sécheresse.
Chez Craterostigma, certains gènes associés à une plus grande tolérance à la sécheresse sont encore plus répliqués. Il s’agit notamment des soi-disant ELIP – l’acronyme signifie « première protéine inductible par la lumière », car elles sont rapidement activées par la lumière et protègent contre le stress oxydatif. Ils sont présents en nombre élevé de copies chez toutes les espèces tolérantes à la sécheresse.
"Craterostigma possède près de 200 gènes ELIP presque identiques et situés en grands groupes de dix ou vingt copies sur différents chromosomes", explique Bartels. Les plantes tolérantes à la sécheresse peuvent donc vraisemblablement s’appuyer sur un vaste réseau de gènes qu’elles peuvent rapidement réguler positivement en cas de sécheresse.
Les espèces sensibles à la sécheresse possèdent généralement les mêmes gènes, quoique en nombre de copies inférieur. Cela n’est pas surprenant non plus : les graines et le pollen de la plupart des plantes sont souvent encore capables de germer après de longues périodes sans eau. Ils disposent donc également d’un programme génétique pour se protéger de la sécheresse. «Cependant, ce programme est normalement désactivé au moment de 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 » une 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, également impliqués dans l'étude. Par exemple, différents gènes du réseau de sécheresse sont actifs dans les racines pendant la dessiccation et dans les feuilles. Cette découverte n’est pas inattendue : les feuilles, par exemple, doivent se protéger contre les effets néfastes du soleil. Ils sont aidés en cela par les ELIP, par exemple. Avec suffisamment d'humidité, la plante forme des pigments photosynthétiques qui absorbent au moins partiellement le rayonnement. Cette protection naturelle échoue en grande partie en cas de sécheresse. Les racines, en revanche, n’ont pas à craindre les coups de soleil.
L'étude permet de mieux comprendre pourquoi certains espèce souffrent si peu de la sécheresse. À long terme, cela pourrait donc contribuer à la sélection de cultures comme le blé ou le maïs qui résistent mieux aux sécheresse. À l’heure du changement climatique, ces produits risquent d’être plus demandés que jamais à l’avenir.