Ils révèlent le rôle clé du pH des plantes face au manque de potassium lié à l’agriculture intensive.

Une étude réalisée par le CSIC et publiée dans Science Advances montre que signaler le pH de certaines plantes active la réponse cellulaire confrontés à un grave problème lié à l’agriculture intensive, comme le manque de potassium et d’autres nutriments.

Les plantes doivent maintenir des niveaux de potassium équilibrés pour assurer la stabilité de leurs cellules. Pour ce faire, ils absorbent ce nutriment du sol et le stockent à l’intérieur pour utiliser cette réserve en situation de stress hydrique ou nutritionnel. Or, une étude du Conseil supérieur de la recherche scientifique (CSIC), dépendant du ministère de la Science, de l'Innovation et des Universités (MICIU), montre le rôle essentiel du pH des plantes pour détecter de faibles niveaux de potassium et active les protéines qui le récupèrent de la réserve intracellulaire. Cette découverte, publiée dans Science Advances, permettra de réduire l'utilisation d'engrais et d'améliorer les performances des plantes en période de sécheresse.

Contrôler le pH

Le potassium est un nutriment essentiel pour les plantes, car il régule son statut hydrique et le fonctionnement des stomates (petits pores présents dans les tiges et les feuilles qui permettent les échanges de gaz et d'eau avec l'atmosphère). En fait, sa survie dépend de sa capacité à maintenir une concentration stable de potassium (K+) à l’intérieur. Cet équilibre est essentiel à la stabilité cellulaire, toute altération peut donc entraîner la mort cellulaire.

Les plantes absorbent potassium du sol avec gourmandise et stocke le surplus dans un compartiment intracellulaire appelé vacuole. Il s'agit d'une sorte de sac géant que les cellules végétales contiennent à l'intérieur pour stocker de l'eau, des sels minéraux ou des substances de réserve, comme le potassium. « Lorsque le potassium dans le sol est faible, les plantes récupèrent ce qui est stocké dans la vacuole. Si ce processus ne fournit pas les niveaux de potassium nécessaires, les plantes ont besoin d'engrais », explique Armando Albert, chercheur à l'Institut de Chimie Physique Blas Cabrera (IQF-CSIC).

A l'intérieur de l'usine, ceci le flux de potassium est régulé par des protéines transporteuses qui se trouvent dans les membranes cellulaires et vacuolaires, qui sont activées ou désactivées en fonction de leur disponibilité. « Notre objectif est de comprendre comment les cellules végétales détectent des niveaux suffisants de potassium pour réguler ces transporteurs dans la vacuole », précise Albert.

L'échange d'ions hydrogène (H+), dont la concentration détermine le pH de la planteavec les ions potassium, aide à transporter les nutriments à travers les membranes. Autrement dit, chaque ion potassium qui pénètre dans le cytosol (substance aqueuse qui entoure les organites et le noyau des cellules) libère un ion hydrogène à l'extérieur de la cellule. Dans le même temps, chaque ion potassium stocké dans la vacuole libère un ion hydrogène dans le cytosol.

Lorsque les niveaux de potassium dans le sol sont faibles, le stockage vacuolaire s'arrête pour empêcher l'épuisement du potassium dans le cytosol et réduire l'accumulation d'ions de l'hydrogène cytosolique, c'est-à-dire du pH.

L'importance du calcium

Chez les plantes et les animaux, de nombreux processus d'équilibre ionique sont indirectement régulés par le calcium (Ca²⁺), qui agit comme un second messager. Cette fonction est due au fait que des protéines spécifiques régulent l'activité de transporteurs dans les membranes cellulaires lors de la détection de changements dans les niveaux de calcium.

« Ce travail dévoile des aspects clés de la régulation de l'homéostasie du potassium chez les plantes et démontre que c'est le pH, et non le calcium, qui abrite l'information clé pour activer la réponse au manque de nutriments », explique José Manuel Pardo, chercheur à l'Institut. de biochimie végétale et de photosynthèse (IBVF, CSIC-US). Les résultats montrent le découverte d'une protéine liant le calcium, appelée CML18qui, contrairement à la grande majorité de cette grande famille de protéines, sert de capteur moléculaire des niveaux d’ions hydrogène.

« CML18 agit comme un interrupteur, lorsque le pH baisse (il y a plus d'ions H+ libres), CML18 interagit avec les ions hydrogèneà ce moment-là, il bloque la fonction des transporteurs de potassium, interrompant ainsi le flux de potassium vers la vacuole », explique Albert. « Cela démontre pour la première fois que c'est le pH, et non le calcium comme on le pensait auparavant, qui relie la disponibilité du potassium aux actions du transporteur dans la membrane vacuolaire », explique Pardo.

Les résultats de l'étude, ainsi que des recherches antérieures, montrent Comment les niveaux de pH contrôlent le transport du potassium dans les planteset fournir des connaissances fondamentales pour développer de nouveaux outils biotechnologiques et améliorer les performances des plantes sous stress abiotique.

Comment améliorer le rendement des cultures ?

Cette étude, fruit de la collaboration entre les chercheurs Pardo et Albert, tétablit des ponts entre la physiologie végétale et la biologie structurale fournir une vue complète du fonctionnement des transporteurs d’ions dans diverses conditions environnementales, ce qui est très prometteur pour l’innovation agricole.

Ces résultats sont liés à une ligne de recherche, développée par Armando Albert, qui cherche à comprendre Comment les plantes s'adaptent aux environnements naturels difficiles. Preuve en est la méthode brevetée par le CSIC pour développer des médicaments permettant d'activer à volonté des mécanismes visant à améliorer la résistance des plantes cultivées aux effets de la sécheresse.

Ces recherches sont complétées par les travaux de José Manuel Pardo, axés sur la compréhension des mécanismes qui régulent l'absorption et le transport des nutriments dans des conditions de stress. Ses recherches sur le potassium et d'autres ions essentiels influencent l'avancement de pratiques agricoles durables visant à améliorer la résistance des cultures.

« Il l’utilisation massive d’engrais entraîne une pollution de l’eau et des sols. De plus, lorsque le potassium s'infiltre dans les aquifères et les rivières qui se jettent dans les mers intérieures, comme la Mar Menor ou l'Albufera de Valencia, il contribue à l'eutrophisation, favorisant la croissance d'algues qui consomment de l'oxygène et nuisent à la vie des poissons qui y vivent. là-bas », explique Albert.

«Toutes ces connaissances biophysiques offrent aux sélectionneurs de plantes des outils précieux pour accroître la résistance des plantes à la salinité et au stress hydrique, et minimisant ainsi la dépendance aux engrais», concluent les chercheurs.

Obtenez-les les cultures deviennent moins dépendantes des engrais et pouvoir obtenir naturellement du sol les nutriments nécessaires est l'un des objectifs de nombreux scientifiques, qui veillent à préserver la santé de tous les êtres vivants et celle des sols eux-mêmes.