Schrenkiella parvulais est une plante qui peut pousser – et même prospérer – dans des conditions extrêmement salées. Les chercheurs du laboratoire de José Dinneny étudient cette plante pour comprendre cette adaptation spéciale et comment ils pourraient modifier d’autres plantes pour qu’elles résistent à des environnements stressants similaires. Crédit : José Dinneny
Lorsque les plantes sont confrontées à des conditions trop sèches, salées ou froides, la plupart d’entre elles essaient de conserver leurs ressources. Elles envoient moins de feuilles et de racines et ferment leurs pores pour retenir l’eau. Si les circonstances ne s’améliorent pas, elles finissent par mourir.
Mais certaines plantes, connues sous le nom d’extrêmophiles, ont évolué pour survivre dans des environnements difficiles. Schrenkiella parvulaLa Schrenkiella parvula une plante broussailleuse et ramifiée de la famille de la moutarde, non seulement survit mais prospère dans des conditions qui tueraient la plupart des plantes. Elle pousse sur les rives du lac Tuz en Turquie, où la concentration de sel dans l’eau peut être six fois supérieure à celle de l’océan. Dans un article publié dans Nature Plants le 2 mai 2022, des scientifiques de l’Université de Stanford ont découvert que Schrenkiella parvula se développe en fait plus rapidement dans ces conditions stressantes.
“La plupart des plantes produisent une hormone de stress qui agit comme un signal d’arrêt de la croissance”, a déclaré José Dinneny, professeur associé de biologie à Stanford, qui est l’auteur principal de l’article. “Mais chez cet extrémophyte, c’est un feu vert. La plante accélère sa croissance en réponse à cette hormone de stress.”
Image d’une racine de S. parvula prise avec un microscope confocal. Crédit : Prashanth Ramachandran
Dinneny et ses collègues étudient Schrenkiella parvula pour en savoir plus sur la façon dont certaines plantes font face à des conditions défavorables. Leurs découvertes pourraient aider les scientifiques à concevoir des cultures capables de pousser dans des sols de moindre qualité et de s’adapter au stress du changement climatique.
“Avec le changement climatique, nous ne pouvons pas nous attendre à ce que l’environnement reste le même”, a déclaré Ying Sun, chercheuse postdoctorale au Salk Institute, qui a obtenu son doctorat à Stanford et est l’un des principaux auteurs de l’article. “Nos cultures vont devoir s’adapter à ces conditions qui changent rapidement. Si nous pouvons comprendre les mécanismes que les plantes utilisent pour tolérer le stress, nous pouvons les aider à le faire mieux et plus rapidement.”
Une réponse inattendue
Schrenkiella parvulaest un membre de la famille des Brassicaceae, qui comprend le chou, le brocoli, le navet et d’autres cultures alimentaires importantes. Dans les régions où l’on s’attend à ce que le changement climatique augmente la durée et l’intensité des sécheresses, il serait utile que ces cultures soient capables de résister à ces périodes de sécheresse, voire de prospérer.
Lorsque les plantes sont confrontées à des conditions sèches, salées ou froides – qui créent toutes un stress lié à l’eau – elles produisent une hormone appelée abscissique acid, or ABA. This hormone activates specific genes, essentially telling the plant how to respond. The researchers examined how several plants in the Brassicaceae family, including Schrenkiella parvula, responded to ABA. While the other plants’ growth slowed or stopped, the roots of Schrenkiella parvula grew significantly faster.
Schrenkiella parvula is closely related to the other plants in the study and has a very similar-sized genome, but ABA is activating different sections of its genetic code to create a completely different behavior.
“That rewiring of that network explains, at least partially, why we’re getting these different growth responses in stress-tolerant species,” Dinneny said.
Engineering future crops
Understanding this stress response – and how to engineer it in other species – could help more than just food crops, Dinneny said. Schrenkiella parvula is also related to several oilseed species that have the potential to be engineered and used as sustainable sources of jet fuel or other biofuels. If these plants can be adapted to grow in harsher environmental conditions, there would be more land available for cultivating them.
“You want to be growing bioenergy crops on land that is not suitable for growing food – say, an agricultural field that has degraded soil or has accumulated salinity because of improper irrigation,” Dinneny said. “These areas are not prime agricultural real estate, but land that would be abandoned otherwise.”
Dinneny and his colleagues are continuing to investigate the network of responses that could help plants survive in extreme conditions. Now that they have an idea of how Schrenkiella parvula sustains its growth in the face of limited water and high salinity, they will try to engineer related plants to be able to do the same by tweaking which genes are activated by ABA.
“We’re trying to understand what the secret sauce is for these plant species – what allows them to grow in these unique environments, and how we can use this knowledge to engineer specific traits in our crops,” Dinneny said.
Reference: “Divergence in the ABA gene regulatory network underlies differential growth control” by Ying Sun, Dong-Ha Oh, Lina Duan, Prashanth Ramachandran, Andrea Ramirez, Anna Bartlett, Kieu-Nga Tran, Guannan Wang, Maheshi Dassanayake and José R. Dinneny, 2 May 2022, Nature Plants.
DOI: 10.1038/s41477-022-01139-5
Dinneny is a member of Stanford Bio-X; the Director of Graduate Studies and chair of the Graduate Studies Committee in Stanford’s Biology Department; and a fellow of the American Association for the Advancement of Science.
Additional Stanford co-authors of this research include research associate Lina Duan, postdoctoral scholar Prashanth Ramachandran, and graduate student Andrea Ramirez. Other coauthors are from Louisiana State University and the Salk Institute for Biological Studies.
This work was funded by the U.S. Department of Energy, the Carnegie Institution for Science, the National Science Foundation, the Rural Development Association of South Korea, and the HHMI-Simons Faculty Scholars program.
