Remonter l'horloge moléculaire des plantes

La plupart des cultures agricoles produisent une récolte par an. La capacité de manipuler l'horloge circadienne biologique d'une plante pourrait ouvrir la possibilité de récoltes multiples au cours d'une année.

Le projet MOLECULAR CLOCK (Sumoylation: A regulatory mechanism for circadian clock function), financé par l'UE, a travaillé sur la manière dont une plante perçoit les changements environnementaux et répond à ces changements en adaptant son développement.

Les chercheurs se sont intéressés à un photorécepteur de lumière bleue CRYPTOCHROME 2 (CRY2) dans l'Arabidopsis qui est stable dans l'obscurité mais qui se photodégrade à la lumière bleue. La dégradation de CRY2 est précédée d'une modification post-traductionnelle. D'abord, l'exposition à la lumière bleue déclenche la phosphorylation de la protéine, qui est suivie par l'ubiquitination du photorécepteur qui cible la protéine pour dégradation par le protéasome.

Les chercheurs du projet MOLECULAR CLOCK ont étudié une modification post-traductionnelle de CRY2 récemment découverte, la sumoylation. La sumoylation implique la fixation covalente de protéines SUMO (pour "small ubiquitin-like modifier") à la protéine cible. Les chercheurs ont confirmé la sumoylation de CRY2 et identifié l'un des résidus cibles majeurs.

Concernant l'importance biologique du processus, les résultats ont montré que la sumoylation n'avait pas d'impact sur la liaison de son cofacteur flavine adénine dinucléotide (FAD), qui permet à CRY2 de percevoir la lumière bleue. De plus, la sumoylation n'a pas modifié la localisation subcellulaire de CRY2. De manière importante, les tests de stabilité ont révélé que l'ajout de SUMO est impliqué dans l'ajustement de la dégradation de CRY2 pendant la perception de la lumière.

L'impact biologique de la sumoylation inclut l'induction de petites différences dans la longueur de l'hypocotyle au cours du développement des jeunes plants. La période de floraison a été retardée chez des mutants de CRY2 et la complémentation de ce phénotype a été observée en exprimant des formes de type sauvage et de mutants de CRY2. Cependant, il y avait des différences significatives entre les expériences, ce qui suggère qu'il existe de nombreuses variables supplémentaires qui agissent autres que les signaux lumineux. Certaines lignées complémentées avec des versions mutantes de CRY2 présentaient des irrégularités au niveau de l'arrangement des feuilles et leurs bourgeons floraux présentaient des défauts sur une autre formation.

Les résultats de recherche du projet MOLECULAR CLOCK sont très importants pour le monde d'aujourd'hui, qui doit faire face à des pénuries alimentaires liées au développement de la démographie. Le signal d'entrée lumineux a un effet profond sur la croissance et le développement des plantes, et les détails moléculaires des régulateurs clés permettront de concevoir des plantes qui s'adaptent mieux aux changements climatiques. De plus, CRY2 sert actuellement de base pour des outils optogénétiques utilisés pour contrôler l'expression des gènes par exposition à la lumière. L'amélioration de ces outils pourrait encore faire progresser les rendements des cultures.

Pour plus d'information voir: Final Report Summary - MOLECULAR CLOCK (Sumoylation: a regulatory mechanism for circadian clock function)