Les chercheurs ont identifié comment les plantes carencées en fer se protègent de la lumière nocive, selon une étude de Dartmouth.
L’étude, publiée dans Actes de l’Académie nationale des sciences, montre comment les plantes dépourvues de fer optimisent la photosynthèse et décrit les processus génétiques qui régulent la protection contre la lumière chez les plantes qui manquent de niveaux suffisants de minéraux.
Nous essayons d’identifier les gènes en aval qui contrôlent l’efficacité de la capture et de la conversion de la lumière solaire chez les plantes. Cette étude ajoute à ce que nous savons sur la façon dont les plantes réagissent aux changements environnementaux à un moment critique pour notre alimentation humaine.. »
Mary Lou Guerinot, chercheuse principale et professeure de sciences biologiques au Dartmouth College
Le fer est important chez l’homme pour le transport de l’oxygène dans le sang et est un cofacteur clé pour de nombreuses réactions enzymatiques, y compris la production d’énergie dans les mitochondries. Selon les recherches citées dans l’étude, la carence en fer est le trouble nutritionnel le plus répandu chez l’homme.
Le fer est également un nutriment important pour les plantes. La carence en fer limite sévèrement la photosynthèse, entraînant une diminution des rendements.
Étant donné que la plupart des gens tirent la majorité de leurs calories et de leurs nutriments des plantes, il est important que les chercheurs comprennent comment les plantes traitent le minéral.
« La carence en fer a de nombreux effets néfastes sur la photosynthèse », a déclaré Guerinot. « Il est essentiel que les plantes obtiennent des niveaux suffisants de fer tout en ajustant le métabolisme pour compenser la disponibilité réduite du fer et l’efficacité photosynthétique réduite. »
Selon l’article, le système d’absorption du fer dans les plantes est régulé par une cascade d’activités, dont beaucoup ont été découvertes par le Guerinot Lab de Dartmouth. Pendant la carence en fer, les plantes modifient l’expression des gènes pour augmenter l’absorption, la distribution et l’utilisation du fer.
Alors que l’on en sait beaucoup sur la réponse à la carence en fer dans les racines des plantes, on en sait peu sur la régulation de la réponse à la carence en fer dans les feuilles.
La recherche se concentre sur le « photosystème II », le complexe protéique qui effectue le processus de séparation de l’eau de la photosynthèse qui permet à l’énergie lumineuse d’être convertie en énergie chimique dans les feuilles. Selon l’article, le photosystème II est une cible majeure des dommages causés aux chloroplastes dans les feuilles carencées en fer. Les chloroplastes-;où la photosynthèse productrice d’énergie a lieu dans une plante-;stockent 90 % du fer dans les feuilles des plantes.
« De nombreuses stratégies pour optimiser l’utilisation du fer ont été documentées, mais nous en savions assez peu sur les mécanismes d’adaptation des chloroplastes à la carence en fer avant cette étude », a déclaré Garo Akmakjian, doctorant à Dartmouth lorsque le travail a été réalisé et auteur principal. du papier.
L’équipe de recherche a restreint son enquête en suivant la cause du blanchissement des feuilles induit par la lumière qui a été observé lors d’une carence en fer chez un mutant qui n’a pas réussi à produire la protéine régulatrice ILR3. Le blanchiment est couramment observé lors de « stress de forte luminosité » chez les plantes et a donné aux chercheurs un indice que ces plantes mutantes étaient désormais plus sensibles à la lumière.
L’étude montre que les protéines régulatrices ILR3 et PYE empêchent les plantes d’absorber trop de lumière lors d’une carence en fer. Les changements dans la structure interne des chloroplastes sous le contrôle de ces protéines permettent la réparation du photosystème II, empêchant la production d’espèces réactives de l’oxygène nocives.
« Nous avons découvert qu’un excès de lumière peut provoquer le blanchissement et la mort des feuilles lors d’une carence en fer, mais l’activité de l’ILR3 et du PYE empêche la lumière de devenir toxique, permettant à la photosynthèse de se produire sans les dommages tissulaires associés dans les plantes affamées de fer », a déclaré Akmakjian, maintenant un chercheur postdoctoral à l’Université de Californie, Riverside.
L’équipe de recherche espère que comprendre comment les plantes adaptent leur machinerie photosynthétique lors d’une carence en fer permettra aux chercheurs d’optimiser la croissance des plantes dans les sols où le fer n’est pas biodisponible.
« Avec le changement climatique, où et comment nous cultivons change », a déclaré Guerinot. « À l’avenir, nous n’aurons pas le luxe de cultiver uniquement dans des sols fertiles riches en nutriments et avec beaucoup d’eau.
