Les plantes utilisent l’ARN pour communiquer avec leurs voisins


Les plantes utilisent une variété de mécanismes pour communiquer avec d’autres organismes, y compris entre elles.

Les composés volatils peuvent signaler la floraison et attirer les pollinisateurs, par exemple, et les réseaux de champignons mycorhiziens peuvent transmettre des avertissements ou transférer des ressources.


Les petits ARN figurent sur cette liste de molécules de communication, et de nouvelles découvertes confirment leur potentiel : selon un article publié le 14 octobre dans Nature Plants, la plante Arabidopsis thaliana sécrète des microARN (miARN) – un type de petit ARN simple brin – dans son milieu de croissance liquide.

Les individus à proximité s’approprient alors ces ARN, qui modifient leurs schémas d’expression génique en se liant aux ARN messagers et en empêchant certains gènes d’être traduits en protéines (un processus connu sous le nom d’interférence ARN ) .

Hailing Jin, un généticien moléculaire des plantes à l’Université de Californie à Riverside, qui n’a pas participé à l’étude, dit qu’il est excitant de voir que les plantes peuvent absorber des microARN de l’environnement, y compris ceux « sécrétés par d’autres plantes à travers les racines ».

Que de petits ARN puissent être échangés entre différents organismes n’est pas nouveau.

En plus de leur rôle de régulateurs de l’expression des gènes au sein d’un individu – dans le cadre du développement ou en réponse à un stress – ils ont été impliqués dans la défense contre les agents pathogènes ces dernières années.

Par exemple, les cellules d’ Arabidopsis infectées par le champignon pathogène Botrytis cinerea sécrètent de petits ARN emballés dans des vésicules extracellulaires qui, lorsqu’ils sont livrés à leur attaquant, inhibent sa virulence. Les plantes sont également capables d’absorber les molécules d’ARN pulvérisées ciblant les gènes des agents pathogènes. Les découvertes récentes sont la première preuve que les plantes absorbent l’ARN sécrété par d’autres plantes dans l’environnement.

« Les résultats étaient totalement inattendus »,Pierdomenico Perata , physiologiste des plantes à la Sant’Anna School of Advanced Studies de Pise, en Italie, et coauteur de l’étude, écrit dans un e-mail à The Scientist . Compte tenu de la réputation des ARN en tant que molécules « très instables » à l’extérieur d’une cellule, il écrit que son équipe « s’attendait à ce que les miARN soient incompatibles avec un environnement non stérile tel que le milieu de croissance ».

Perata raconte que son équipe travaillait « sur un sujet totalement indépendant » – explorant le rôle de l’interférence ARN sous une disponibilité limitée en oxygène – et c’est dans ce but qu’ils ont cultivé Arabidopsis de manière hydroponique.plantes conçues pour produire de grandes quantités de miARN spécifiques. Comme ils voulaient simplement qu’ils produisent des graines, ajoute-t-il, les chercheurs « ne se sont pas souciés de placer différentes lignées de plantes dans des plateaux séparés ».

Mais ensuite, ils ont remarqué que les plantes de type sauvage partageant la solution hydroponique des mutants avaient des phénotypes différents de ceux attendus – par exemple, celles qui poussaient à côté de mutants qui surexprimaient des miARN ciblant les gènes de développement avaient leur propre période de floraison modifiée.

Selon Perata, c’est à ce moment-là que lui et ses collègues se sont demandé « si les miARN pouvaient être libérés dans le milieu de croissance liquide, affectant ainsi le phénotype des plantes de type sauvage ».


Les chercheurs ont testé la solution hydroponique et voilà qu’ils ont détecté des miARN. Ces miARN étaient présents, que les plantes poussant dans la solution soient de type sauvage ou mutées pour les surexprimer, bien que davantage d’ARN aient été détectés dans la solution des mutants.

De plus, la culture des deux lignées dans la même solution a donné des plantes de type sauvage avec des niveaux d’expression nettement inférieurs des gènes ciblés par les molécules de miARN boostées par les mutants. L’application de miARN extraits des mutants ou d’équivalents synthétisés chimiquement a également réduit l’expression des gènes.


Pourquoi une plante aurait-elle besoin d’affecter l’expression génétique d’une autre plante?

Une possibilité, avance Perata, est que « le partage d’informations en échangeant de l’ARN permettrait aux plantes subissant un stress d’avertir les plantes voisines, pas encore affectées par le stress ». La concurrence pourrait être une autre explication, écrit-il ; par exemple, si une plante libérant des miARN « pouvait inhiber les fonctions physiologiques d’une plante voisine », elle pourrait gagner « un avantage concurrentiel pour l’utilisation des ressources ».

Une question sans réponse est de savoir comment les plantes absorbent ces minuscules molécules de l’environnement.

Des travaux antérieurs étudiant l’échange d’ARN entre les plantes et les agents pathogènes suggèrent que les exosomes, un type de vésicules pouvant servir de véhicules de livraison, pourraient être impliqués dans le processus. Cependant, les chercheurs ont découvert que l’application de miARN extraits, vraisemblablement nus, ou d’ARN synthétiques avait un effet sur l’expression des gènes, suggérant que les exosomes ne sont pas nécessaires pour l’absorption .

Hui-Shan Guo, microbiologiste des plantes à l’Institut de microbiologie de l’Académie chinoise des sciences, affirme que les preuves de l’étude de l’absorption d’ARN nu confirment les rapports précédents de silençage génique via l’ARN pulvérisé. Elle suggère dans un e-mail à The Scientist que,comme pour les nutriments, les plantes pourraient activement assimiler les petits ARN de l’environnement. Mais contrairement aux substances que les plantes sont connues pour importer, les molécules d’ARN nues « étaient considérées comme instables » , dit-elle, donc « l’absorption d’ARN a été ignorée ou sous-estimée ».


Jin convient que les preuves contenues dans l’article soutiennent l’hypothèse selon laquelle les plantes peuvent absorber des miARN nus, mais elle dit qu’elle se demande si leur sécrétion se produit toujours via les exosomes des racines – une question que les auteurs n’ont pas explorée. Elle ajoute qu’elle soupçonne également que ces vésicules pourraient protéger les miARN, aidant les plantes à accomplir une absorption plus efficace. Sinon, les molécules pourraient être plus facilement dégradées dans le sol et dans l’environnement, spécule-t-elle.

Guo souligne que, comme ce mécanisme n’a été exploré que dans les plantes cultivées en hydroponie, il n’est pas encore clair « si les semis poussant dans le sol… .

Jin ajoute que ces nouvelles découvertes ouvrent beaucoup de nouvelles questions, et qu’il y a probablement beaucoup plus à apprendre sur le rôle de l’ARN dans la communication des plantes. Ce que nous en savons actuellement n’est que la « partie émergée de l’iceberg », conclut-elle.


Commentaire de Elishean 777 : Qu’en est-il de lla communication via ARN entre humains?

Alejandra Manjarrez
The Scientist


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