Enzyme qui empêche le vieillissement des graines pendant le stockage

Les scientifiques ont décrit pour la première fois l’activité d’une certaine enzyme dans la réparation des dommages génétiques subis par les graines lorsqu’elles sont stockées. La recherche représente une contribution précieuse aux futurs développements biotechnologiques pour l’agriculture.

L’enzyme en question s’appelle MBD4L. Entre autres choses, il répare l’ADN, intervient dans la germination des graines et prévient leur vieillissement lors du stockage.

Les résultats de la nouvelle étude ouvrent de nouvelles perspectives sur l’importance de cette enzyme dans les premiers stades de la vie des plantes.

« Le vieillissement des graines est un processus qui conduit à l’accumulation de dommages sur leurs molécules et leur génome. C’est un problème car les graines vieillies ont une viabilité et une vigueur moindres, ce qui peut entraîner des récoltes moins productives. Bien que le vieillissement se produise naturellement, il peut également être exacerbé par certaines conditions climatiques, comme une humidité relative élevée et des températures extrêmes », explique Ignacio Lescano López, co-auteur de l’étude et chercheur au Conseil national de la recherche scientifique et technique. (CONICET). Dans l’Unité d’études agricoles (UDEA, dépendant du CONICET et de l’Institut national de technologie agricole (INTA)), en Argentine, toutes ces entités.

On sait déjà que ces mutations du génome doivent être réparées avant la germination, afin qu’elles ne soient pas transmises à la génération suivante et puissent nuire à la capacité de croissance et de survie de la plante. « Dans cette étude, nous avons vérifié que MBD4L est nécessaire pour activer un mécanisme qui élimine les erreurs accumulées dans l’ADN, appelé système de réparation par excision de base (BER). Nous avons vu que l’activité de l’enzyme se produit lors de l’imbibition, qui est le processus d’absorption de l’eau de la graine quelques instants avant la germination. Avec l’imbibition, le métabolisme de la graine commence à être activé, ainsi que ces systèmes de réparation de l’ADN », souligne Lescano.

Pour étudier les effets de MBD4L sur la germination, les scientifiques ont utilisé des graines d’une plante modèle, Arabidopsis thaliana, avec différents niveaux d’enzyme. D’une part, ils ont démontré que les graines mutantes qui ne produisent pas l’enzyme souffrent d’un retard de germination et ont une viabilité moindre après un an de stockage. À leur tour, ils ont obtenu des lignées transgéniques produisant davantage de copies de MBD4L et ont observé que leurs graines présentaient une meilleure réponse de réparation et une germination plus rapide. “En voyant les deux faces d’une même médaille, le manque et l’excès de l’enzyme, sa fonction dans les plantes est confirmée”, commente María Elena Álvarez, chercheuse du CONICET au Centre de Recherche en Chimie Biologique de Cordoue (CIQUIBIC, centre mixte du CONICET et l’Université Nationale de Cordoue, en Argentine toutes ces institutions.

Selon les auteurs de l’étude, ces résultats pourraient être d’une grande importance pour le développement d’outils biotechnologiques favorisant la viabilité des semences et les rendant plus résistantes au vieillissement. « En 2022, nous présentons nos résultats lors d’une conférence internationale sur les réponses moléculaires des plantes au changement climatique et nous avons reçu de bons retours. Dans le contexte actuel de changement global, l’un des problèmes est l’augmentation de la température dans les lieux de conservation des graines. Il est donc crucial de trouver des moyens de maintenir et d’améliorer la qualité des semences stockées afin de garantir une production agricole durable », explique Lescano.

La recherche fondamentale germe grâce à des efforts soutenus

Bien que la fonction de cette enzyme de réparation génétique chez les mammifères soit connue depuis longtemps, son équivalent chez les plantes a été moins étudié. L’équipe dirigée par María Elena Álvarez étudie depuis dix ans l’activité de MBD4L chez Arabidopsis thaliana.

Graine normale d’Arabidopsis thaliana sous microscope confocal. (Image : équipe de recherche. CC BY 2.5 AR)

« Plusieurs boursiers ont poursuivi cette voie de recherche, apportant différentes connaissances sur l’enzyme. Notre intérêt est de connaître ses effets dans différentes conditions dans lesquelles la plante est soumise à un stress. Dans une précédente enquête, nous avons montré pour la première fois, grâce à des expériences in vivo, que l’enzyme est activée dans les plantes contre les dommages générés par des agents génotoxiques. Ensuite, dans le présent travail, nous cherchons à détecter l’activité de MBD4L à un certain stade de la vie de la plante, dans des conditions physiologiques. Ainsi, nous avons choisi la graine comme modèle pour étudier la réparation des lésions qui se produisent dans l’ADN pendant le temps où elle est conservée à l’état dormant”, explique le scientifique.

Participent également à la nouvelle recherche José R. Torres, actuellement chercheur postdoctoral CONICET à l’Institut de recherche physiologique et écologique liée à l’agriculture (IFEVA, un centre commun du CONICET et de l’Université de Buenos Aires (UBA)), et Nicolás Cecchini. , chercheur CONICET au CIQUIBIC, en Argentine toutes ces entités.

« Nous sommes ouverts à collaborer avec des experts du domaine appliqué et de la biotechnologie qui s’intéressent au sujet. Nous disposons de nombreux outils pour surveiller l’activité de l’enzyme et savoir si elle est active ou non, nous savons où et comment l’étudier et bien que nous ne disposons toujours pas de modèles végétaux d’intérêt agronomique, nous sommes ouverts à entreprendre ce type d’études. . C’est un exemple que les développements appliqués sont le résultat d’une longue histoire d’investissement dans la recherche fondamentale, dont la continuité dépend du soutien de jeunes scientifiques qui seront les nouveaux leaders de la science argentine », conclut Álvarez.

L’étude est intitulée « L’ADN glycosylase MBD4L d’Arabidopsis améliore la récupération des graines vieillies ». Et cela a été publié dans la revue académique The Plant Journal. (Source : María Pía Tavella / CONICET. CC BY 2.5 AR)