Des scientifiques identifient un interrupteur moléculaire qui aide la vigne à survivre au froid

Une étude publiée vendredi dans Horticulture Research indique que des chercheurs ont identifié une voie moléculaire qui aide la vigne à résister au froid, une découverte qui pourrait soutenir de futurs travaux de sélection alors que les vignobles sont confrontés à des températures hivernales et printanières plus instables.

L’article, dirigé par des scientifiques de la Northwest A&F University à Yangling, en Chine, s’est concentré sur Vitis pseudoreticulata, une espèce de vigne sauvage utilisée dans la recherche sur la résistance au stress. L’équipe a constaté qu’une protéine kinase dépendante du calcium, connue sous le nom de VpCDPK13, est activée par les basses températures et améliore la capacité de la plante à tolérer le froid. Elle y parvient en interagissant avec une autre protéine, le facteur de transcription VpCAMTA3, et en la modifiant, ce qui renforce ensuite la réponse de défense de la vigne.

Le froid demeure l’une des principales menaces environnementales pour la production de raisin. Les épisodes de gel peuvent endommager les bourgeons, réduire la vigueur de la vigne et faire baisser les rendements d’une saison à l’autre. Ce risque est devenu plus important pour les producteurs à mesure que la variabilité climatique entraîne des écarts de température plus marqués, notamment des périodes douces suivies de gels soudains.

Selon l’étude, VpCDPK13 agit tôt dans la réponse de la plante au froid. L’activité de son gène a augmenté rapidement lorsque les feuilles ont été exposées à 39,2°F, et la protéine s’est davantage accumulée dans le noyau dans des conditions de froid. Les chercheurs y voient la preuve que la kinase pourrait aider à traduire les signaux calciques déclenchés par les basses températures en changements protecteurs à l’intérieur de la cellule.

Pour tester son rôle, l’équipe a créé des plants de vigne surexprimant VpCDPK13 et les a comparés à des plants normaux ainsi qu’à des plants dans lesquels le gène avait été réduit au silence. Sous traitement au froid, les vignes présentant une expression plus élevée de VpCDPK13 ont conservé des feuilles plus vertes, ont montré moins de flétrissement et ont maintenu de meilleures performances photosynthétiques. Elles présentaient aussi une fuite d’électrolytes plus faible et des niveaux plus bas de malondialdéhyde, un marqueur des dommages membranaires.

Ces mêmes plants accumulaient moins de peroxyde d’hydrogène et de superoxyde, deux espèces réactives de l’oxygène qui augmentent sous l’effet du stress et peuvent endommager les cellules si elles ne sont pas contrôlées. Dans le même temps, ils affichaient une activité peroxydase plus élevée, ce qui suggère un système de défense antioxydant plus puissant. Lorsque VpCDPK13 était réduit au silence, le schéma s’inversait : les plants devenaient plus sensibles au froid, avec davantage de dommages membranaires, plus de stress oxydatif et une efficacité photosynthétique plus faible.

Les chercheurs ont ensuite recherché des protéines interagissant avec VpCDPK13 et ont identifié VpCAMTA3. Plusieurs essais ont confirmé que les deux protéines se lient physiquement l’une à l’autre. VpCAMTA3 lui-même était également induit par le froid dans les feuilles et les racines, et les plants dans lesquels il avait été réduit au silence présentaient une moindre tolérance au froid, avec là encore davantage de dommages oxydatifs et des performances du photosystème plus faibles.

La principale conclusion de l’article est que VpCDPK13 phosphoryle VpCAMTA3, c’est-à-dire qu’il ajoute des groupes phosphate à des sites spécifiques de la protéine. Des essais en laboratoire ont identifié trois sites majeurs : Thr588, Ser834 et Ser 1049. Lorsque ces sites étaient modifiés de sorte qu’ils ne puissent plus être phosphorylés, VpCAMTA3 perdait une grande partie de son effet protecteur sous stress froid. Lorsqu’ils étaient modifiés pour imiter la phosphorylation, la protéine fonctionnait mieux que la version non modifiée.

Dans des tests d’expression transitoire sur des feuilles de vigne, la forme phospho-mimétique de VpCAMTA3 a produit la plus forte tolérance au froid. Ces feuilles conservaient des valeurs de Fv/Fm plus élevées, une mesure standard de l’efficacité du photosystème II, et présentaient une fuite ionique plus faible, une teneur en malondialdéhyde plus basse et une accumulation moindre d’espèces réactives de l’oxygène que les feuilles exprimant soit la protéine normale, soit la version phospho-déficiente.

Les auteurs estiment que cela établit un module de signalisation VpCDPK13-VpCAMTA3 qui favorise l’adaptation au stress froid en aidant à maintenir l’intégrité des membranes, à préserver la fonction photosynthétique et à améliorer l’élimination des espèces réactives de l’oxygène.

Ce travail s’ajoute à un corpus croissant de recherches sur la manière dont les cultures fruitières pérennes gèrent le stress abiotique au niveau moléculaire. Chez la vigne, la résistance au froid a longtemps été étudiée à travers des voies impliquant la signalisation ABA, les gènes CBF et l’accumulation de sucres. Cette étude met en lumière un autre niveau de régulation centré sur la signalisation calcique et la phosphorylation des protéines.

Elle suggère aussi que les protéines CAMTA3 peuvent être régulées différemment selon les espèces. L’article note que, chez Arabidopsis, la phosphorylation de CAMTA3 par d’autres kinases a été associée à une diminution de la stabilité de la protéine. Dans ce système de la vigne, en revanche, la phosphorylation par VpCDPK13 semble renforcer la fonction de VpCAMTA3 lors de l’exposition au froid.

Cette distinction pourrait compter pour les programmes de sélection. Si l’étude ne présente ni application commerciale ni essai au champ, elle identifie deux cibles moléculaires qui pourraient être utiles dans les efforts visant à développer des cépages présentant une meilleure tolérance aux conditions de gel. De tels caractères sont de plus en plus pertinents non seulement dans les régions traditionnellement froides, mais aussi dans les zones où une météo erratique peut exposer les vignes à des gelées dommageables après un débourrement précoce.

Les auteurs ont indiqué que leurs résultats apportent un nouvel éclairage sur la signalisation du stress froid chez la vigne et pourraient offrir des cibles pour améliorer la résilience des cultures fruitières pérennes. L’étude a été soutenue par le programme clé de R&D de la région autonome hui du Ningxia.