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Dossier | Plantes

Ecran total pour végétal

Un photorécepteur sensible aux ultraviolets B permet aux végétaux de mettre en place une machinerie moléculaire qui les protège contre ce rayonnement nocif

Comme les êtres humains, les plantes n’aiment pas les coups de soleil. Le problème, c’est que leur survie dépend de leur exposition à la lumière visible pour leur photosynthèse et qu’elles ne peuvent pas se déplacer pour se mettre quelque temps à l’ombre ni s’enduire d’écran total. Elles se sont donc débrouillées à leur façon pour se prémunir contre les rayons ultraviolets (UVB notamment) qui leur sont nocifs. La solution? Elle consiste en un système de protection solaire interne, comme l’explique Roman Ulm, professeur au Département de botanique et de biologie végétale, dans un article de synthèse paru dans la revue Trends in Plant Science du mois d’avril. Et cette machinerie moléculaire, qui semble être présente sous la même forme chez toutes les plantes, dépend en grande partie d’un photorécepteur que le chercheur genevois a identifié l’année dernière.

Dotés de photorécepteurs

«De manière générale, pour détecter la lumière, les plantes sont dotées de toute une série de photorécepteurs, explique Roman Ulm. Ces protéines captent les photons (ou grains de lumière) en fonction de leur longueur d’onde et sont capables, grâce à une chaîne de réactions biochimiques, d’optimiser les réponses physiologiques.»

C’est ainsi que la chlorophylle absorbe la lumière bleue et rouge dans le but de réaliser la photosynthèse qui consiste à fabriquer du sucre et de l’oxygène à partir de gaz carbonique et d’eau. De plus, certains récepteurs sont sensibles à des nuances de couleur différentes et permettent aux plantes de détecter l’intensité, la durée ou encore la direction de la lumière. De cette manière, les végétaux, beaucoup moins passifs que l’on ne pensait un temps, régulent, par exemple, la germination des graines, le phototropisme (le fait que les plantes s’orientent vis-à-vis du soleil) ou encore la floraison.

Cependant, toutes les longueurs d’onde ne sont pas bonnes à prendre. Les UVB, dont la longueur d’onde se situe entre 280 et 315 nanomètres, sont les ultraviolets les plus énergétiques capables de traverser la couche d’ozone stratosphérique. Ils font partie du rayonnement solaire naturel et, même s’ils ne comptent que pour 0,5% de l’énergie lumineuse totale parvenant à la surface terrestre, ils sont susceptibles d’entraîner des effets biologiques importants, notamment en causant des dommages à l’ADN des cellules, siège du patrimoine génétique des organismes.

Les photorécepteurs conventionnels des végétaux ne sont pas sensibles aux UVB et ne peuvent donc pas prévenir les plantes de la présence du rayonnement dangereux. Cela fait quarante ans que les chercheurs ont suggéré l’existence d’un photorécepteur spécifique à cette gamme de longueurs d’onde sans jamais pouvoir mettre la main dessus. C’est finalement Roman Ulm et son équipe qui l’ont découvert comme ils le rapportent dans un article paru dans la revue Science du 1er avril 2011. Leurs travaux ont permis d’élucider en grande partie le mécanisme moléculaire qui déclenche le système de protection solaire intégré.

S’acclimater et survivre

Présents dans le cytoplasme et le noyau des cellules, le photorécepteur des UVB est formé de deux molécules appelées UVR8 (pour UV Resistance Locus 8). L’absorption de la lumière ultraviolette sépare le composé en deux et déclenche une cascade de réactions biochimiques. Celles-ci induisent à leur tour une réponse physiologique qui permet à la plante de s’acclimater et de survivre. L’une de ces réponses consiste à produire des composés, tels que des flavonoïdes, filtrant les UVB tout en laissant passer la lumière visible. Une autre est d’agir sur les mécanismes de réparation de l’ADN.

«Nos expériences ont été réalisées sur une plante appelée Arabidopsis thaliana, qui est une arabette très appréciée des laboratoires, explique Roman Ulm. Mais nous avons retrouvé les mêmes gènes codant pour l’ensemble des molécules impliquées dans le processus dans toutes les autres plantes supérieures dont nous connaissons le génome. Cela permet de supposer que le mécanisme UVR8 a été inventé une fois, au moment où les plantes sont sorties de l’eau pour coloniser la terre ferme et qu’il s’est ensuite transmis sans trop de changements à toutes les espèces que l’on connaît aujourd’hui.»

Ce passage de l’eau à la terre s’est déroulé il y a des centaines de millions d’années. A cette époque, la couche d’ozone était inexistante et le rayonnement ultraviolet était beaucoup plus violent qu’aujourd’hui, rendant la présence d’un filtre à UVB intégré dans les plantes d’autant plus indispensable à leur survie. Grâce à la production d’oxygène en masse par la photosynthèse, la menace du rayonnement solaire a ensuite progressivement diminué, sans disparaître entièrement toutefois.