MicroARNs dans l'orge : Réaction au stress thermique

L'Orge est une grande culture céréalière cultivée dans le monde entier. Elle est importante pour la nourriture, l'alimentation animale et la bière. Cependant, les plantes d'orge font face à des défis liés aux facteurs environnementaux, en particulier le Stress thermique. Quand les températures augmentent, la croissance de l'orge peut être affectée négativement, entraînant une réduction des rendements et une qualité de grain inférieure.

Dans les plantes, de petites molécules appelées MicroARN (miARN) jouent un rôle essentiel dans la régulation de l'expression des gènes. Ces minuscules molécules d'ARN aident à contrôler divers processus dans le Développement des plantes et leurs réponses au stress. Elles peuvent soit promouvoir, soit inhiber la traduction des ARN messagers cibles (ARNm), qui sont les instructions pour créer des protéines.

Cet article se concentre sur la façon dont les miARN et leurs gènes cibles réagissent au stress thermique chez les jeunes plantes d'orge. Comprendre cette réponse peut aider à développer de meilleures variétés d'orge capables de résister à des températures plus élevées et garantir une production stable.

#Qu'est-ce que les microARN ?

Les microARN sont de petites molécules d'ARN trouvées chez les plantes et les animaux. Ils mesurent généralement 20 à 22 nucléotides de long et jouent un rôle clé dans la régulation de l'expression des gènes. Chez les plantes, les miARN sont principalement impliqués dans le processus de silenciation post-transcriptionnelle des gènes, où ils peuvent soit décomposer les ARNm cibles, soit les empêcher d'être transformés en protéines.

Le rôle principal des miARN chez les plantes est de diminuer les niveaux d'expression des gènes, affectant de nombreux aspects du développement et de la croissance des plantes. Par exemple, ils peuvent influencer la façon dont les plantes développent leurs feuilles, racines et fleurs, ainsi que leur biomasse globale.

Les miARN aident également les plantes à s'adapter à différents stress, qu'ils proviennent de l'environnement, comme la chaleur et la sécheresse, ou des ravageurs et maladies.

#Comment fonctionnent les microARN ?

Les microARN proviennent de gènes spécifiques appelés gènes MIR. Ces gènes sont transcrits par une enzyme appelée ARN polymérase II. Les transcriptions primaires de miARN qui en résultent sont ensuite traitées en miARN fonctionnels plus courts à travers une série d'étapes.

La première étape consiste en la formation d'une structure en épingle à cheveux qui contient la séquence de miARN. Cette structure est traitée par une enzyme appelée DICER, qui coupe l'épinglette pour libérer le miARN ainsi que son brin complémentaire.

Une fois formé, le miARN est incorporé dans un complexe appelé complexe de silenciation induit par l'ARN (RISC), où il peut se lier aux ARNm cibles. Selon à quel point le miARN correspond à la cible, il peut soit cliver l'ARNm, soit inhiber sa capacité à produire des protéines.

#Effets du stress thermique sur l'orge

Des températures élevées peuvent gravement affecter l'orge pendant sa phase reproductive, en particulier lors du développement des fleurons. Le stress thermique peut entraîner un développement anormal des anthères et ovules, qui sont cruciaux pour la formation des grains. En conséquence, les plantes peuvent subir de la stérilité, une réduction du poids des grains et une qualité inférieure due à des changements dans l'amidon, les protéines et d'autres caractéristiques.

Des études précédentes ont montré que le stress thermique affecte principalement l'orge pendant sa phase de croissance reproductive. Cependant, les connaissances sur la façon dont les jeunes plantes d'orge réagissent à la chaleur pendant leur développement précoce sont limitées.

#Objectif de l'étude

Cette étude vise à identifier comment les miARN et leurs cibles se comportent chez des plantes d'orge de deux semaines soumises à un stress thermique. En se concentrant sur le développement précoce, on espère découvrir des stratégies potentielles pour utiliser les miARN dans le breeding de variétés d'orge qui peuvent mieux résister à des températures élevées.

#Matériel végétal et conditions de croissance

Pour cette expérience, des graines d'orge du cultivar Rolap ont été utilisées. Les plantes d'orge ont été cultivées dans un environnement contrôlé pendant deux semaines. Pendant ce temps, elles ont été exposées à un régime lumineux et thermique spécifique, avec la moitié des plantes soumises à un traitement de chaleur à 35,5°C tandis que le reste est resté à une température constante de 21°C.

Des échantillons ont été prélevés à divers moments (1, 3 et 6 heures) après le traitement thermique pour analyser les changements dans les niveaux d'ARN.

#Isolation de l'ARN et préparation de la bibliothèque de petits ARN

Pour étudier les miARN, l'ARN total a été extrait des échantillons de plantes d'orge. L'ARN a été purifié et vérifié pour sa qualité avant de préparer des bibliothèques de petits ARN. Ces bibliothèques contenaient des molécules d'ARN mesurant de 15 à 30 nucléotides de long.

Les bibliothèques ont été séquencées pour identifier les espèces de petits ARN présentes dans les échantillons, permettant aux chercheurs d'analyser les différents niveaux de miARN dans les plantes témoins et traitées à la chaleur.

#Mesurer les niveaux de miARN

Après avoir généré les bibliothèques de petits ARN, les chercheurs ont effectué une PCR quantitative en temps réel (RT-qPCR) pour quantifier les niveaux d'expression des miARN identifiés. Cette méthode leur a permis d'évaluer combien les niveaux de miARN spécifiques avaient changé en réponse au stress thermique au fil du temps.

#Comprendre les cibles des miARN

En parallèle avec les niveaux de miARN, l'étude a également examiné les ARNm cibles pour comprendre les effets plus larges du stress thermique. En utilisant une méthode appelée séquençage de dégradome, les chercheurs ont pu identifier les ARNm régulés par les miARN sensibles à la chaleur.

La relation entre les miARN et leurs ARNm cibles donne un aperçu de la manière dont l'orge s'adapte au stress thermique au niveau moléculaire.

#Résultats clés sur la réponse des miARN au stress thermique

Les résultats ont révélé des changements significatifs dans les niveaux d'accumulation de miARN en raison du stress thermique. Les chercheurs ont noté que des miARN spécifiques, en particulier ceux des familles miR156, miR159, miR169 et miR444, présentaient des différences marquées en réponse à la chaleur au fil du temps.

1. Changements d'accumulation : Différentes familles de miARN ont été affectées à différents moments. Par exemple, les niveaux de 65, 124 et 155 miARN conservés ont changé de manière significative après 1, 3 et 6 heures de stress thermique, respectivement.

2. Profils de réponse à la chaleur : Certains miARN ont montré une augmentation ou baisse constante des niveaux à travers les moments. D'autres ont présenté des motifs uniques, où ils ont initialement augmenté puis diminué, ou sont restés stables tout au long du traitement thermique.

3. Régulation transcriptionnelle et post-transcriptionnelle : L'étude a souligné que tous les changements dans les niveaux de miARN n'étaient pas dus à des changements dans leurs formes précurseurs (pri-miARN). Dans de nombreux cas, les miARN étaient régulés de manière post-transcriptionnelle.

#Corrélation entre les miARN et les ARNm cibles

L'étude a aussi mis l'accent sur la relation entre des miARN spécifiques et leurs ARNm cibles. Par exemple, il a été constaté que lorsque un miARN particulier était régulé à la hausse en réponse au stress thermique, son ARNm cible correspondant était souvent régulé à la baisse.

Cette corrélation inverse entre les miARN et leurs cibles soutient l'idée que les miARN jouent un rôle significatif dans la gestion de l'expression génique durant le stress thermique.

#Le rôle des miARN spécifiques

Plusieurs miARN ont montré des rôles distincts dans la façon dont l'orge réagit à la chaleur :

• miR319 : Ce miARN cible des gènes qui sont cruciaux pour le développement des plantes et a montré qu'il maintenait ses niveaux durant le stress thermique, tandis que son ARNm cible était régulé à la baisse.
• miR396 : Le niveau de ce miARN a augmenté après le stress thermique, ciblant des ARNm impliqués dans la régulation de la croissance.
• miR399 : Connu pour son rôle dans l'homéostasie du phosphate, ses niveaux ont également été affectés par le stress thermique.

#Découvertes nouvelles

L'étude a identifié de nouveaux modules cibles de miARN, y compris ceux associés à des facteurs de réponse à l'auxine, qui sont clés pour la régulation des hormones végétales. Ces découvertes suggèrent que des miARN spécifiques pourraient avoir des implications plus larges pour comprendre les réponses des plantes au stress thermique.

#Conclusion

La recherche fournit des informations précieuses sur la façon dont les plantes d'orge gèrent leurs réponses au stress thermique à un stade précoce de développement. Les données montrent que les miARN et leurs gènes cibles jouent un rôle complexe dans la régulation des réponses des plantes à des températures élevées.

Comprendre ces mécanismes moléculaires pourrait aider à développer des variétés d'orge tolérantes à la chaleur, ce qui devient de plus en plus important dans le contexte du changement climatique. D'autres études sont nécessaires pour explorer comment ces changements moléculaires peuvent être manipulés pour une meilleure résilience des cultures face aux défis environnementaux.