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Au printemps, suivant un incendie de forêt, les arbres qui ont survécu au feu repoussent en entamant une vigoureuse croissance et les plantes s’extirpent en abondance de la terre brulée. Comment les graines, certaines en dormance depuis très longtemps dans le sol, savent qu’il est temps de régénérer la forêt en renaissant des cendres, était resté un mystère pendant des siècles. Des scientifiques du Salk Institute et de l’Université de Californie rapportent les résultats d’une étude qui répond à cette question fondamentale en écologie végétale. En plus d’expliquer comment les feux conduisent à la régénération des forêts et des prairies, leurs résultats peuvent aider au développement de variétés de plantes qui aident à maintenir et restaurer les écosystèmes qui soutiennent toutes les sociétés humaines.

Selon Joseph P. Noel, coauteur de l’étude (lien plus bas) :

C’est un processus très important et fondamental pour la régénération de l’écosystème autour de la planète que nous ne comprenions pas vraiment. Maintenant, nous connaissons la façon dont se produisent les déclencheurs moléculaires.

L’équipe de scientifique affirme qu’ils ont trouvé le signal moléculaire de “réveil” pour les forêts brulées. Ils ont découvert comment une plante qui meurt génère un message chimique pour la prochaine génération, en signalant aux graines dormantes qu’il est temps de germer.

Alors que l’écobuage ("brûlage dirigé" ou débroussaillement par le feu) est fréquent aujourd’hui, ils ne l’étaient pas il y a 50 ans. Par exemple, le service de gestion des parcs américains avait interdit les feux de forêt avant qu’il ne réalise que la pratique laissait le sol des forêts matures dépourvues de minéraux et de produits chimiques naturels importants. Cela créait un environnement très concurrentiel qui était finalement préjudiciable à l’ensemble de l’écosystème forestier.

Dans des études précédentes, les scientifiques ont découvert que des produits chimiques spéciaux, appelés karrikins (la molécule karrikinolide), sont créés alors que des arbres et des arbustes brulent lors d’un incendie de forêt et restent dans le sol après celui-ci, assurant la régénération de la forêt.

Cette nouvelle étude a cherché à découvrir comment les karrikins stimulent la croissance des plantes. Tout d’abord, les chercheurs ont déterminé la structure d’une protéine végétale appelée KAI2, qui se lie à la karrikin dans les graines dormantes. Ensuite, en comparant la protéine KAI2 liée à la karrikin à la structure d’une protéine KAI2 non liée, cela a permis aux chercheurs de spéculer comment la protéine KAI2 permet à une graine de percevoir la karrikin dans son environnement.

Les structures chimiques, découvertes par l’équipe, révèlent tous les contacts moléculaires entre la karrikin et la KAI2 et ils ont également découvert que lorsque la karrikin se lie à la protéine KAI2 elle provoque un changement dans sa forme. Ce changement de forme induit par la karrikin peut envoyer un nouveau signal à d’autres protéines dans les graines provoquant leur germination au bon endroit et au bon moment, après un incendie de forêt.
Alors que les nouvelles découvertes ont été faites à l’aide d’une petite plante du genre Arabidopsis, un organisme modèle pour de nombreuses plantes étudiées par les chercheurs, les scientifiques disent que la même stratégie de régénération est, sans aucun doute, trouvée dans de nombreuses espèces végétales.

Toujours selon Joseph P. Noel :

Chez les plantes, un membre de cette famille d’enzymes a été en quelque sorte recruté par la sélection naturelle pour se lier à cette molécule dans la fumée et la cendre pour générer ce signal. KAI2 a probablement évolué lorsque des écosystèmes de végétaux ont commencé à fleurir sur la terre et que le feu est devenu une partie très importante des écosystèmes pour libérer les nutriments enfermés dans des plantes mortes ou en train de mourir.

Il faudra davantage de recherche pour comprendre exactement comment le changement de forme de la protéine KAI2 active une voie génétique qui régule la germination, selon les scientifiques. Mais cette découverte est une étape absolument essentielle à la compréhension de leur programme génétique et comment les écosystèmes végétaux, les forêts et les prairies, se renouvèlent.

L’étude publiée sur PNAS : Smoke-derived karrikin perception by the α/β-hydrolase KAI2 from Arabidopsis.

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