Les plantes sont très allongées, se courbant pour permettre l'accès de la lumière du soleil à chacune de leurs feuilles. Bien qu'ils observent ce phénomène depuis des siècles, les scientifiques ne le comprennent pas complètement. Les scientifiques de l'Institut Salk ont découvert que deux facteurs végétaux - la protéine PIF7 et l'auxine, une hormone de croissance - sont des déclencheurs qui accélèrent la croissance lorsque les plantes sont à l'ombre et exposées à des températures élevées en même temps. site officiel de l'institut.
Les résultats, publiés dans la revue Nature Communications le 29 août 2022, aideront les scientifiques à prédire comment les plantes réagiront au changement climatique et augmenteront les rendements malgré le réchauffement climatique qui endommage les cultures.
"En ce moment, nous cultivons des cultures à une certaine densité, mais nos résultats indiquent que nous devrons réduire cette densité pour optimiser la croissance des plantes à mesure que le climat change", déclare l'auteure principale, la professeure Joanne Chory, directrice du programme Molecular Plant du Salk Institute. et Cell Biology Laboratory et Howard, chercheur au Hughes Medical Institute. "Comprendre la base moléculaire de la façon dont les plantes réagissent à la lumière et à la température nous permettra d'affiner la densité de plantation pour produire les meilleurs rendements."
Lors de la germination, les semis allongent rapidement leurs tiges pour percer le sol et capter la lumière du soleil le plus rapidement possible. Normalement, la tige ralentit sa croissance après une exposition au soleil. Mais la tige peut rapidement s'allonger à nouveau si la plante entre en concurrence avec les plantes environnantes pour la lumière du soleil ou augmente la distance entre le sol chaud et les feuilles de la plante en réponse à la hausse des températures. Bien que les deux conditions environnementales - ombrage et températures élevées - stimulent la croissance des tiges, elles réduisent également les rendements.
Dans cette étude, les scientifiques ont comparé des plantes poussant à l'ombre et à des températures chaudes en même temps - des conditions qui imitent les densités de plantation élevées et le changement climatique. Les scientifiques ont utilisé la plante modèle Arabidopsis thaliana, ainsi que la tomate et un proche parent du tabac, car ils souhaitaient voir si les trois espèces végétales étaient également affectées par ces conditions environnementales.
Chez les trois espèces, l'équipe de chercheurs a découvert que les plantes poussaient extrêmement hautes lorsqu'elles essayaient simultanément d'éviter l'ombre créée par les plantes voisines et étaient exposées à des températures plus élevées. Au niveau moléculaire, les chercheurs ont découvert que le facteur de transcription PIF7, une protéine qui aide à activer et désactiver les gènes, contribuait à stimuler la croissance. Ils ont également découvert que les niveaux d'auxine, une hormone de croissance, augmentaient lorsque les cultures trouvaient des plantes voisines, ce qui favorisait la croissance en réponse à des températures plus élevées simultanées. Cette voie synergique PIF7-auxine a permis aux plantes de réagir à leur environnement et de s'adapter à la recherche des meilleures conditions de croissance.
Un facteur de transcription apparenté, PIF4, a également stimulé l'allongement de la tige à des températures élevées. Cependant, avec une combinaison d'ombre et de températures élevées, ce facteur ne jouait plus un rôle important.
"Nous avons été surpris de constater que PIF4 ne joue pas un rôle important, car des études antérieures ont montré l'importance de ce facteur dans des situations de croissance connexes", déclare le premier auteur de l'étude, Yogev Burko, chercheur à l'Institut Salk et professeur agrégé à l'Institut. Organisation pour la recherche agricole à l'Institut des volcans d'Israël. « Le fait que PIF7 soit le principal moteur de croissance de cette usine a été une véritable surprise. Grâce à ces nouvelles connaissances, nous espérons affiner la réponse de croissance de diverses cultures pour les aider à s'adapter au changement climatique.
Les chercheurs pensent qu'il reste un autre facteur à découvrir qui amplifie l'effet de PIF7 et de l'auxine. Ils espèrent explorer ce facteur inconnu dans de futures études. Le laboratoire de Berko étudiera également comment cette voie peut être optimisée dans les cultures.
"Les températures mondiales augmentent, nous avons donc besoin de cultures vivrières capables de pousser dans ces nouvelles conditions", déclare Chori, co-responsable de la Salk Plant Use Initiative et titulaire de la chaire de biologie végétale Howard H. et Maryam R. Newman. "Nous avons identifié les facteurs clés qui régulent la croissance des plantes à des températures élevées, ce qui nous aidera à cultiver des cultures plus productives pour nourrir les générations futures."