L’exposition à des molécules toxiques exogènes (appelées xénobiotiques), comme des herbicides ou des polluants chimiques, déclenche chez les plantes un processus de défense caractérisé par des changements d’expression de gènes et la mise en place d’un mécanisme de détoxication cellulaire limitant les effets toxiques de ces composés. Cette voie de détoxication implique l’activation de nombreuses enzymes organisées en plusieurs familles multigéniques. Une équipe du Biam a montré que la voie de signalisation des xénobiotiques est également utilisée par des molécules naturelles fabriquées par les plantes elles-mêmes lors de conditions environnementales défavorables. Ce mécanisme augmente la résistance des plantes aux contraintes du milieu.
La photosynthèse des plantes génère inévitablement des espèces réactives de l’oxygène dans les chloroplastes, pouvant oxyder des macromolécules biologiques comme des protéines ou des lipides, réduisant l’efficacité de la photosynthèse. Ce stress photo-oxydant est amplifié lorsque la plante est exposée à des contraintes environnementales et peut aller jusqu’à la mort cellulaire. L’oxydation des biomolécules génère des dérivés oxydés qui sont, pour certains, bioactifs. Ainsi, le b-cyclocitral, produit par l’oxydation du b-carotène dans le chloroplaste, fonctionne comme molécule signal qui induit ou réprime des centaines de gènes et qui conduit à une augmentation de la résistance de la plante aux stress environnemental. Les chercheurs ont montré que le b-cyclocitral agit en recrutant la voie de réponse aux xénobiotiques. En activant une succession de facteurs de transcription, le b-cyclocitral conduit à l’induction d’une panoplie d’enzymes de détoxication. Ces enzymes, principalement des réductases et des déshydrogénases, ciblent des molécules toxiques induites par le stress oxydant, notamment des espèces chimiques réactives produites pendant la peroxydation lipidique.
Ces résultats permettent de comprendre comment les plantes perçoivent les conditions environnementales et ajustent leur métabolisme pour se protéger et s’adapter à leur environnement climatique. L’induction par des molécules biologiques des voies de détoxication cellulaire pourrait permettre le développement de nouveaux agents naturels de phyto-protection.