Plantes résistant à la sécheresse |

27 janvier

Résistantes à la sécheresse des plantes

Chiara Tonelli, Eleonora Cominelli et Massimo Galbiati, Département des sciences biomoléculaires et la biotechnologie.

Comme indiqué dans les conclusions du "Forum mondial de l'eau", qui s'est tenue récemment au Mexique, population mondiale croît à un rythme alarmant et il est estimé pour atteindre le seuil du milliard six par la fin de l'année 2050. Par conséquent, même la demande de nourriture augmente très rapidement. Parce que la nourriture est suffisante pour produire une quantité d'eau égale à soixante-dix fois que nécessaire pour toutes les autres utilisations quotidiennes, il est clair que la réduction de la consommation d'eau dans l'agriculture est un objectif majeur de la recherche en agronomie. En outre, la sécheresse, ainsi que d'autres facteurs tels que la salinité froid et élevé de la terre, est l'un des stress abiotiques qui limitent la distribution géographique de la plupart des espèces de cultures et affectent la croissance et la productivité des plantes.

Une conséquence, est d'une importance fondamentale doit être en mesure de faire pousser des plantes, même dans les sols qui présentent des caractéristiques généralement défavorables.

Les plantes, à travers l'évolution, ont développé une série de mécanismes d'adaptation pour survivre des conditions environnementales défavorables.

Dans certains cas, ils sont en mesure d'échapper à des contraintes environnementales, par exemple en changeant son cycle de vie, dans d'autres cas tolérer l'adversité, l'activation des mécanismes de défense ou d'adaptation, peut aussi faire des barrières morphologiques ou physiologiques, tels que la fermeture des stomates ou présence de la cuticule épaisse, un risque accru de transpiration excessive.

Les stomates (du grec «stomie», c.-à-bouche) sont des pores réels sur la surface des organes des plantes vertes, entouré de deux cellules, appelées cellules de garde des stomates. À travers ces pores se produit l'entrée de dioxyde de carbone, utilisé par le plante dans le processus photosynthétique, et de l'fuites d'eau par transpiration. Chaque année, environ 40% du carbone atmosphérique (300 × 1015 g C) à travers les stomates et un peu moins de la moitié est absorbée dans les produits de la photosynthèse. En outre, par le biais de la transpiration par les stomates, chaque année sont perdus environ 30-40 × 1018 g de vapeur d'eau. La perte d'eau doit être compensée par l'absorption, radicale, qui dépend de la disponibilité de l'eau du sol. L'ouverture des stomates reflète un compromis entre l'exigence de CO2 photosynthétiques et la disponibilité de l'eau.

Une des réponses les plus immédiats des plantes à des conditions de pénurie d'eau pour limiter la transpiration, réside dans la fermeture des pores stomatiques, due à la perte de turgescence des cellules de garde qui les entourent.

Ce processus est régulé par l'acide abscissique hormone, dont les taux augmentent en réponse à la sécheresse.

Des études récentes dans le plante modèle Arabidopsis thaliana ont montré comment faire la plante plus tolérante à la sécheresse, la modification de certaines composantes de la transduction du signal des cellules de garde. Par exemple, en augmentant l'expression des gènes qui régulent la réponse positive acide abscissique dans les cellules de garde, il est possible d'améliorer la réponse des plantes au stress hydrique. Arabidopsis thaliana est devenu ces dernières années, un organisme modèle pour étudier la génétique et la biologie moléculaire et cellulaire des plantes, car il présente plusieurs avantages: petite taille (qui le rend idéal pour une utilisation dans des espaces confinés des laboratoires et des serres dans les instituts de recherche ), de courte durée (six semaines), une productivité élevée de graines (jusqu'à 10000 graines par plante), de petite taille de son génome (environ 125 millions de paires de nucléotides, seuls cinq chromosomes), premier à être séquencé en règne végétal. Un autre avantage d'Arabidopsis est la simplicité avec laquelle vous pouvez produire des plantes transgéniques, à travers le processus de transformation génétique, l'exploitation de la bactérie Agrobacterium tumefaciens pour intégrer un nouvel ADN dans le génome de la plante.

Depuis 2000, l'année où vous avez terminé le séquençage du génome d'Arabidopsis, le point focal de la recherche sur cette plante est devenue pour savoir quelle est la fonction de chacun de ses quelque 26 000 gènes. L'objectif est d'étendre les connaissances de base acquises sur cet organisme modèle pour les espèces d'intérêt agronomique afin d'améliorer leurs caractéristiques.

Dans notre laboratoire est en cours de la caractérisation de la famille des gènes MYB d'Arabidopsis, codant pour des facteurs de transcription, des protéines capables de se lier à savoir à l'ADN et d'activer ou de réprimer l'expression d'autres gènes.

Notre attention a été consacrée principalement à des gènes MYB de la famille, dont l'expression est modulée en réponse à la sécheresse, et avec un rôle possible dans la réponse à ce stress. L'un d'eux a été trouvé être le AtMYB60 gène exprimé dans des conditions normales de croissance, mais pas en réponse à la sécheresse et à l'alimentation de l'acide abscissique et exprimée d'une manière très ciblée uniquement dans les cellules de garde des stomates. Chez les plantes portant une mutation dans AtMYB60 qui le rend complètement inactifs, les pores stomatiques, dans des conditions normales de croissance, avoir une ouverture réduite par rapport à contrôler les plantes. Ces plantes mutantes, dans des conditions de sécheresse, montrent une réduction drastique du taux de transpiration et, par conséquent, une plus grande résistance à la dessiccation. Fait, comme le montre la figure, les plantes mutantes (à gauche) mouille pas pendant huit jours ont feuilles encore vertes et turgescentes, tandis que les plantes normales (à droite) montrent clairement les effets de la dessiccation.
Une analyse quantitative de la teneur en eau de ces plantes a montré que les mutants particuliers après huit jours de la dessiccation de conserver 55% de la teneur relative de l'eau, contrairement aux plantes ne sont pas des mutants qui conservent seulement 17%. Après seize jours, les différences sont encore plus marquées: alors que le mutant conserve 30% de la teneur en eau, le contrôle que de 6%. Il est intéressant de noter comment les plantes mutantes dans le AtMYB60 gène ne présentent pas, dans les conditions normales de croissance, aucune anomalie morphologique et le développement par rapport aux plantes non génétiquement modifiées, contrairement à ce qui se passe dans de nombreux cas dans lesquels une plus grande tolérance à la sécheresse se fait au détriment de la productivité de l'usine.

Grâce à une analyse du génome à l'échelle des profils transcriptionnels dans les plantes normales et de plantes mutantes ont été identifiés certains gènes apparemment régis par la AtMYB60 facteur de transcription. Pour certains d'entre eux ont été montré un rôle dans les réactions des plantes à la sécheresse, ce qui confirme l'hypothèse d'une implication directe des AtMYB60 dans la régulation de ce processus.

Depuis l'ouverture des stomates des plantes sont réduits et ces mutants sont plus résistantes à la sécheresse, notre hypothèse est que la perte de la fonction des gènes AtMYB60 est perçu par les cellules de garde comme un signal qui active la réponse au stress, produisant des effets bénéfiques à long terme lors de la déshydratation.
L'étude, récemment fusionné pour former un brevet édité par Unimitt, ouvre de nouvelles possibilités pour réduire la consommation d'eau dans des conditions normales et d'augmenter la survie et la productivité des espèces cultivées dans des conditions de pénurie d'eau.
Les espèces sur lesquelles nous avons commencé à transférer les connaissances acquises chez Arabidopsis sont la tomate, une plante dicotylédone, et le riz, une monocotylédone.
Les stratégies que nous utilisons sont: l'identification et la modification des gènes dans les espèces de ces orthologues AtMYB60 (gènes similaires en séquence pour AtMYB60 et remplissent la même fonction), pour augmenter la tolérance à la sécheresse et de réduire l'utilisation de l'eau, l'exploitation des séquences régulatrices de AtMYB60 ou ses orthologues dans l'ordre pour exprimer des protéines d'autres spécifiquement dans les cellules de garde. Toujours dans le but de l'amélioration de la tolérance au stress.

http://www.sisuni.unimi.it/~~V