Des graines qui autrement resteraient en sommeil reprendront vie à l’aide d’un nouveau produit chimique découvert par une équipe dirigée par UC Riverside.
Les plantes ont la capacité de percevoir la sécheresse. Quand ils le font, ils émettent une hormone qui les aide à retenir l’eau. Cette même hormone, l’ABA, envoie un message aux graines que ce n’est pas le bon moment pour germer, ce qui entraîne une baisse des rendements des cultures et moins de nourriture dans les endroits où il fait chaud – une liste de plus en plus longue en raison du changement climatique.
« Si vous bloquez l’ABA, vous perturbez la voie chimique utilisée par les plantes pour empêcher la germination des graines », a déclaré Aditya Vaidya, scientifique du projet UCR et auteur de l’étude. « Notre nouveau produit chimique, l’antabactine, fait exactement cela. Si nous l’appliquons, nous avons montré que les graines dormantes germeront.
Les démonstrations de l’efficacité de l’antabactine sont décrites dans un nouvel article publié dans le Actes de l’Académie nationale des sciences.
L’antabactine aide les semis à germer malgré la chaleur qui les empêcherait de germer. Crédit : UCR
Ce travail s’appuie sur la création par la même équipe d’un produit chimique qui imite les effets de l’hormone ABA, produite par les plantes en réponse au stress hydrique. Ce produit chimique, l’opabactine, ralentit la croissance d’une plante afin qu’elle conserve l’eau et ne se flétrisse pas. Il agit en incitant les plantes à fermer de minuscules pores dans leurs feuilles et leurs tiges, ce qui empêche l’eau de s’échapper.
Ensuite, l’équipe a voulu trouver une molécule qui aurait l’effet inverse, ouvrant les pores, favorisant la germination et augmentant la croissance des plantes. Bien que la dormance des graines ait été en grande partie éliminée grâce à la sélection, elle reste un problème dans certaines cultures comme la laitue.
Images infrarouges montrant une transpiration accrue (en bleu) dans des plants de blé et de tomate traités à l’ANT. Crédit : Aditya Vaidya/UCR
Sean Cutler, professeur de biologie cellulaire végétale à l’UCR et co-auteur de l’étude, a déclaré que l’accélération et le ralentissement de la croissance des plantes sont des outils importants pour les agriculteurs. “Notre recherche consiste à gérer ces deux besoins”, a-t-il déclaré.
Pour trouver l’opposé de l’opabactine, Vaidya en a rapidement fabriqué 4 000 dérivés. “Il a trouvé une aiguille dans la botte de foin chimique”, a déclaré Cutler, “Le composé qu’il a créé bloque les récepteurs de l’ABA et est exceptionnellement puissant.”
Dans leur article, les membres de l’équipe ont montré que l’application d’antabactine aux graines d’orge et de tomate accélérait la germination. En théorie, l’antabactine et l’opabactine pourraient travailler ensemble pour aider les cultures à prospérer dans un monde de plus en plus sec et chaud.
Une fois qu’Antabactin a aidé les graines à germer dans des plantes saines, un agriculteur peut commencer à économiser de l’eau au début de la saison de croissance en pulvérisant Opabactin. De cette façon, suffisamment d’eau est « mise en réserve » pour le début de la floraison des plantes.
“Tout comme une femme a besoin de niveaux de nutrition plus élevés pendant la grossesse, les plantes ont besoin de plus d’eau et de nutrition lorsqu’elles fleurissent et sont sur le point de porter des fruits”, a déclaré Vaidya. « Cela est vrai pour la plupart des cultures, en particulier pour les cultures économiquement pertinentes comme le maïs et le blé. »
L’équipe de recherche continue d’étudier les variations de dormance des graines induites par l’ABA dans une variété d’autres espèces végétales. Ils veulent également examiner l’utilisation de l’antabactine comme outil chimique pour augmenter la croissance des plantes dans les serres où l’eau n’est pas limitée.
“Nous espérons identifier les principaux acteurs moléculaires qui régissent la dormance des graines, réduisant ainsi l’impact des pertes de rendement des cultures en raison de plantations malheureusement programmées ou d’une mauvaise germination des graines”, a déclaré Vaidya.
Référence : « Click-to-lead design of a picomolar ABA receptor antagonist with potent activity in vivo » par Aditya S. Vaidya, Francis C. Peterson, James Eckhardt, Zenan Xing, Sang-Youl Park, Wim Dejonghe, Jun Takeuchi, Oded Pri-Tal, Julianna Faria, Dezi Elzinga, Brian F. Volkman, Yasushi Todoroki, Assaf Mosquna, Masanori Okamoto et Sean R. Cutler, 16 septembre 2021, Actes de l’Académie nationale des sciences.
DOI : 10.1073/pnas.2108281118
