La recherche de plantes résistantes à la sécheresse est nécessaire pour faire face à l'augmentation des températures et aux défis du changement climatique prévu. De nouvelles caractéristiques doivent être identifiées et des méthodes doivent être développées pour maintenir et améliorer la productivité des cultures dans des conditions environnementales difficiles.
Chez les végétaux, il existe deux photosystèmes : le photosystème 1 (PSI) et le photosystème 2 (PSII), qui effectuent les réactions photochimiques de la photosynthèse dans le chloroplaste. Le phénomène de « transition d'état » repose sur la phosphorylation et l'acétylation d'un acide aminé (lysine) d'un complexe chlorophylles-protéines collecteur d'énergie associé aux photosystèmes. Ce complexe, situé au PSII à l'état déphosphorylé et au PSI à l'état phosphorylé, permet aux végétaux d'ajuster l'absorption de leurs photosystèmes de façon à maintenir un rendement optimal lorsque les conditions extérieures changent.
Dans le présent travail, les auteurs ont étudié la résistance à la sécheresse chez la plante modèle Arabidopsis thaliana, en utilisant des mutants de transition d'état : un mutant de kinase (enzyme catalysant une réaction de phosphorylation) déjà bien caractérisé (stn7) et d'autres mutants d'une enzyme (acétyltransferase chloroplastidaire) moins bien connus (nsi1 et nsi2). Ils ont émis l'hypothèse qu'un état de réduction plus élevé du pool de plastoquinone (PQ), évènement qui se produit en l'absence de transition d'état, et la génération concomitante d'oxygène singulet (1O2, un état excité de la molécule d'O2) conduisent à une tolérance au stress provoqué par la sécheresse. Les chercheurs ont ainsi montré que les plantules mutantes présentaient une croissance améliorée de leur racine principale et davantage de formation de racines latérales. Ils ont pu également montrer, grâce à des mesures de la fluorescence de la chlorophylle, que ces mutants possédaient effectivement un pool de PQ plus réduit et produisaient plus de 1O2. Une approche pharmacologique sur les plantules sauvages, chez qui on peut induire chimiquement des pools de PQ plus réduits, révèle aussi une croissance améliorée de la racine principale.
Le pool de plastoquinone réduit (PQH2) est plus important chez les mutants de transition d'état © L.Leverne/CEA
Les résultats de cette étude suggèrent que les mutants photosynthétiques présentant un rapport dérégulé entre l'activité du photosystème II et celle du photosystème I peuvent constituer une nouvelle voie d'études pour améliorer la résistance des cultures à la sécheresse.
Contact : Anja Krieger-Liszkay (anja.liszkay@i2bc.paris-saclay.fr ; anja.krieger-liszkay@cea.fr )
La plastoquinone est un transporteur d'électrons situé sur la membrane des thylacoïdes (compartiments membranaires à l'intérieur des chloroplastes et des cyanobactéries), qui joue un rôle essentiel dans la photosynthèse.
Ce travail a été réalisé en collaboration avec Fabienne Maignan, du Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement (LSCE/DRF) dans le cadre de la thèse de Lucas Leverne.