Le séquençage à haut débit du transcriptome de petites molécules d’ARN du blé révèle des profils d’expression temporelle distincts des micro-ARN en réaction à la chaleur, au rayonnement lumineux et au rayonnement UV.
Citation
Ragupathy R, Ravichandran S, Mahdi MSR, Reimer E, Domaratzki M, Huang D, Cloutier S (2016) Deep sequencing of wheat small RNA transcriptome reveals distinct temporal expression patterns of miRNAs in response to heat, light and UV stresses. Sci Rep 3:39373
Résumé en langage clair
Les changements climatiques sont associés à une hausse des températures mondiales, à la présence de concentrations de dioxyde de carbone sans précédent, à une augmentation de la fréquence des sécheresses ou des fortes pluies et, de façon générale, à une instabilité accrue des conditions météorologiques. Du point de vue des végétaux, cela signifie une exposition accrue à des facteurs de stress abiotiques d’une ampleur accentuée. La chaleur, la luminosité constante et l’exposition au rayonnement ultraviolet sont trois facteurs de stress abiotiques qui ont une incidence sur la croissance des plantes. Les petits acides ribonucléiques (ARN) sont de petites molécules qui jouent un rôle dans l’adaptation au stress bien qu’elles ne codent pas de protéines. Les micro-ARN comprennent seulement 21 à 24 nucléotides, mais ils peuvent réduire l’expression de réseaux de gènes entiers en se fixant aux molécules d’ARN messager complémentaires, ce qui induit le clivage de ceux-ci avant qu’ils ne soient traduits. Dans le cadre de la présente étude, nous avons exposé pendant cinq journées consécutives des plantes de blé à une luminosité continue, à la chaleur ou au rayonnement ultraviolet, puis avons extrait les ARN immédiatement à la fin de la période de stress ainsi qu’à plusieurs points dans le temps au cours de la période de récupération de 10 jours. L’expression des micro-ARN a fortement réagi au stress thermique, mais elle ne jouait qu’un rôle mineur pour l’adaptation à la luminosité constante et au rayonnement UV. Au total, 79 micro-ARN étaient exprimés de façon différentielle immédiatement après l’exposition à la chaleur et au début de la période de récupération suivant ce stress, mais les différences quant à l’expression étaient mineures une fois que les plantes s’étaient rétablies. Les gènes cibles présumés de ces micro-ARN exprimés de façon différentielle sont notamment ceux déterminant la floraison. Il est essentiel d’identifier avec précision les micro-ARN qui jouent un rôle dans ce mécanisme ainsi que leurs gènes cibles pour la mise au point de stratégies nouvelles qui permettraient aux plantes de résister aux facteurs de stress abiotiques.
Résumé
Il est utile de comprendre l’adaptation des végétaux aux facteurs de stress abiotiques pour l’amélioration des végétaux, particulièrement dans le contexte des changements climatiques. Les microARN (micro-ARN) et les petits ARN interférents jouent un rôle crucial pour la régulation génique. Dans le cadre de la présente étude, nous avons exposé pendant cinq journées consécutives des plantes de blé à un des facteurs de stress suivants : luminosité continue, chaleur ou rayonnement ultraviolet. Nous avons ensuite prélevé des tissus foliaires dans trois répétitions biologiques 0, 1, 2, 3, 7 et 10 jours après le traitement. Au total, nous avons séquencé 72 banques de petits ARN au moyen de la plate-forme Illumina et avons obtenu ~524 millions de lectures correspondant à ~129 millions d’étiquettes à partir desquelles 232 micro-ARN conservés ont été identifiés. Une variation du niveau d’expression a été observée dans le cas de 1 micro-ARN avec le rayonnement ultraviolet, dans le cas de 2 micro-ARN avec la luminosité continue et dans le cas de 79 micro-ARN avec la chaleur. Environ 55 % des micro-ARN exprimés de façon différentielle étaient régulés à la baisse 0 et 1 jour après le traitement, notamment miR398, miR528 et miR156, qui contrôlent les ARNm associés à l’activation des voies de transduction des signaux et à la floraison. Les variants d’histone et les méthyltransférases étaient d’autres cibles présumées. Ces résultats donnent à penser que la régulation post-transcriptionnelle temporelle guidée par les micro-ARN permet au blé de réagir aux facteurs de stress abiotiques, particulièrement la chaleur. La mise au point de stratégies d’amélioration du blé nouvelles, comme la sélection assistée par marqueurs fondée sur les gènes régulateurs, dépend de l’identification exacte des micro-ARN produits en présence de facteurs de stress.