ARCHIVÉ - Un nouvel outil puissant pour la recherche sur les plantes

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Le 07 février 2007— Ottawa (Ontario)

La génomique et la protéomique ont révolutionné les sciences de la vie en donnant aux chercheurs des outils pour l'identification et le décodage systématiques de l'ADN et des protéines chez les organismes vivants. Grâce à une équipe du CNRC, les phytobiologistes du monde entier auront désormais accès à un nouvel outil puissant pour comprendre le fonctionnement des plantes, le profilage hormonal : un profil détaillé des molécules de signalisation, ces phytohormones qui régulent la croissance et le développement des plantes. Les nouvelles informations fournies par ces profils pourraient déboucher sur de nouvelles cultures plus résistantes à la sécheresse ou offrant un meilleur rendement, ou encore sur la production massive de plants pour le reboisement, et se traduire par de nombreux avantages pour le Canada.

Les phytohormones sont de petites molécules qui comprennent les auxines, les cytokinines, l'acide abscissique, les gibbérellines, l'acide jasmonique, les brassinostéroïdes et l'éthylène. « Elles contrôlent la croissance des racines, la réponse des plantes aux contraintes environnementales, la germination des graines – et même l'orientation des plantes vers la lumière – en activant ou en désactivant certains gènes », explique Suzanne Abrams, agente de recherche principale à l'Institut de biotechnologie des plantes du CNRC (IBP-CNRC)à Saskatoon.

Suzanne Abrams, agente de recherche principale à l'Institut de biotechnologie des plantes du CNRC (IBP-CNRC)à Saskatoon.
Suzanne Abrams, agente de recherche principale à l'Institut de biotechnologie des plantes du CNRC (IBP-CNRC)à Saskatoon.

Par exemple, l'acide abscissique (ABA) – une famille d'hormones que Mme Abrams étudie depuis plus de 20 ans – est responsable de la fermeture des stomates (les pores à la surface des feuilles) pendant une sécheresse. L'ABA inhibe aussi la germination des graines, tandis que les gibbérellines l'encouragent. « Nous pouvons utiliser le profilage d'hormones pour étudier tout sujet de recherche qui a une dimension hormonale, comme la tolérance à la sécheresse chez le maïs, la maturation des fruits, ou le développement et la dormance des graines », poursuit-elle.

Il y a environ cinq ans, grâce au soutien financier du CNRC et de partenaires universitaires, Suzanne Abrams, Andrew Ross et d'autres collègues ont commencé à mettre au point une technique pour le profilage simultané de multiples hormones. \xC2\xAB Nous savions déjà comment analyser des tissus pour identifier les hormones de type ABA, et nous avons pensé que si d'autres chercheurs se concentraient sur la génomique et la protéomique, nous devrions étendre notre recherche à d'autres familles d'hormones. Nous voulions ainsi fournir un moyen de mesurer les niveaux de toutes les hormones en même temps dans les mêmes tissus étudiés par les chercheurs en génomique et en protéomique. »

Elle ajoute : « Puisque les mêmes hormones se retrouvent dans chaque plante, ça vaut la peine de mettre au point une méthode universelle. Le plus gros défi, toutefois, c'est que les phytohormones sont présentes en très faibles concentrations dans les tissus, qui contiennent également des milliers d'autres composés chimiques, comme des sucres, des amidons, des huiles, des sels et des métabolites secondaires. Un autre défi a été de trouver une façon de mesurer des hormones qui possèdent un large éventail de propriétés chimiques \xE2\x80\x93 tels que des acides, des bases, des composés polaires ou neutres – au cours d'une même expérience, tout en les perturbant le moins possible. »

En s'appuyant sur la recherche de l'IBP-CNRC et d'autres chercheurs qui ont mis au point des protocoles pour extraire et mesurer des hormones individuelles, les tissus végétaux ont été dopés avec des quantités connues d'hormones marquées au moyen d'isotopes, et une méthode d'extraction qui marche pour toutes les hormones a été utilisée – même si de petits ajustements s'avèrent souvent nécessaires pour analyser un nouveau tissu végétal pour la première fois.

L'équipe de l'IBP-CNRC utilise ensuite la chromatographie liquide haute performance (CLHP) pour séparer les composés de la plante. L'appareil de CLHP est relié à deux spectromètres de masse fonctionnant en tandem pour mesurer les concentrations des différentes hormones en fonction des marqueurs ajoutés. Les détecteurs des spectromètres de masse sont réglés pour rendre les autres composés de la plante invisibles.

Mme Abrams précise qu'il faut environ une semaine pour obtenir un profil d'hormones en laboratoire, dont une heure juste pour l'analyse au moyen du tandem CLHP-spectromètre de masse. « Nous pouvons analyser environ 20 hormones à la fois, incluant la plupart des hormones connues de la famille ABA. Toutefois, nous n'analysons que quatre des quelque 150 gibbérellines connues, et nous n'avons pas encore commencé à nous attaquer à une hormone stéroïde, la brassinolide, qui est présente à des concentrations des milliers de fois plus faibles que les autres hormones », convient-elle.

Même si de nombreux chercheurs dans le monde mesurent les phytohormones, l'équipe de l'IBP-CNRC est une des seules à utiliser une approche aussi globale pour le profilage des hormones. Les hormones sont parmi les molécules les plus difficiles à analyser parce qu'elles sont éminemment transitoires.

L'équipe de dix scientifiques et techniciens de l'IBP-CNRC analyse plusieurs milliers d'échantillons de tissus chaque année pour des clients allant des universités canadiennes aux instituts de recherche britanniques et américains et aux grandes sociétés multinationales; l'une d'elles a d'ailleurs mis au point un maïs résistant à la sécheresse en altérant une voie de signalisation hormonale. Le rôle de l'équipe du CNRC est de démontrer que les niveaux d'hormones reflètent les résultats qu'ils observent sur le terrain.

Dans le cadre d'autres projets, l'équipe du CNRC travaille avec une équipe de l'Université de Victoria dirigée par le professeur Patrick von Aderkas. Celle-ci s'efforce de développer de nouvelles méthodes qui permettront de produire des semences de pin plus rapidement pour le ministère des Forêts de la C.‑B., dans le but de reboiser les régions dévastées par le dendoctrone du pin. L'équipe cherche à convaincre un jeune arbre qu'il est assez mature pour produire des fleurs et des cônes en stimulant une de ses voies hormonales.

L'équipe de l'IBP-CNRC utilise aussi le profilage hormonal pour la recherche en génomique sur les graines de canola. « Le profilage hormonal nous permet d'identifier les hormones qui sont impliquées dans le dépôt des huiles, la maturation des graines, la tolérance à la déshydratation, et d'autres processus biologiques des plantes, explique-t-elle. Une meilleure connaissance des hormones, des protéines et de l'expression génique au sein des graines de canola pourrait déboucher sur la mise au point d'une variété de canola ayant une teneur en huile encore plus élevée et de meilleure qualité. »

En partenariat avec des chercheurs des universités de la Saskatchewan et Simon Fraser, Suzanne Abrams et Andrew Ross cherchent à obtenir du financement pour créer un « Centre canadien de profilage des hormones végétales ». Si leur demande est entendue, ce centre, géré par le CNRC et l'Université de la Saskatchewan, contribuera à rendre le profilage des hormones plus abordable pour les chercheurs universitaires qui travaillent avec des budgets limités. Il offrira aussi des ateliers pour compléter la formation des étudiants en recherche hormonale, et il soutiendra des réseaux de biologistes spécialisés dans le métabolisme des plantes, la réponse des plantes au stress et la biologie des semences.

« Nous développons une plate-forme de haute technologie et nous la mettons au service des scientifiques canadiens pour faire progresser la recherche sur les plantes au Canada, afin de venir en aide à nos fermiers et à notre industrie forestière », conclut Suzanne Abrams.


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