Lorsque les plantes sont soumises à des situations stressantes, telles que des maladies, des changements extrêmes de température, une pénurie de nutriments ou d'eau, la concentration d'oxygène dans les cellules végétales diminue, provoquant un état connu sous le nom d'hypoxie. Cela déclenche une cascade de réactions chimiques dans les cellules qui sont destinées à permettre à l'organisme de survivre à l'adversité.

Il a été montré qu'un protéine présente dans la membrane interne des mitochondries végétales, UCP1 (protéine de découplage 1, protéine de découplage mitochondriale 1) est le déclencheur qui déclenche cette réponse à l'hypoxie.

La découverte ouvre la voie au développement de plantes plus résistantes aux conditions environnementales extrêmes, telles que celles résultant du changement climatique.

L'ADN génomique mitochondrial code pour moins de 1 % de ses nombreuses protéines ; par conséquent, les mitochondries dépendent du génome nucléaire pour réguler à distance leur fonction. Cette interaction entre le noyau et les mitochondries nécessite une signalisation entre les compartiments, qui peut être rétrograde (des mitochondries au noyau) ou antérograde (noyau des mitochondries), qui agit pour ajuster la fonction des organites au cours du développement et en réponse aux stress environnementaux.

La signalisation rétrograde mitochondriale est un ccomposant important de la signalisation du stress intracellulaire chez les eucaryotes. UCP1 est une protéine abondante de la membrane mitochondriale interne des plantes avec de multiples fonctions, y compris la respiration découplée et le transport des acides aminés, qui influencent largement les réponses au stress abiotique.

Bien que Les mécanismes par lesquels agit cette fonction rétrograde sont inconnus., la surexpression d'UCP1 active l'expression de gènes nucléaires associés à l'hypoxie, fonctionnant comme un déclencheur dans l'activation de cette réponse. Ceci explique pourquoi les plantes qui expriment cette protéine à des niveaux élevés sont plus tolérantes à un large éventail de stress biotiques et abiotiques.

Plusieurs facteurs extramitochondriaux qui jouent un rôle dans la signalisation rétrograde et antérograde ont été identifiés pour réguler la signalisation des plantes, tels que l'oxydase alternative spécifique à l'enzyme (AOX) et d'autres protéines mitochondriales codées par le noyau. Dans divers taxons de plantes à fleurs, la surexpression d'UCP1 avec AOX diminue la libération d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) par les mitochondries, protégeant les plantes de multiples stress et entraînant une altération importante du transcriptome d'origine nucléaire qui, de manière intéressante, inclut l'activation de l'hypoxie.

Les plantes ont un mécanisme de détection d'oxygène qui implique la destruction dépendante de l'O2 (oxygène moléculaire) des substrats protéiques Cys-amino-terminaux (cystéine à l'extrémité amino-terminale de la chaîne peptidique) via le réseau de cystéine oxydase végétale (cystéine végétale). oxydase, PCO), et les principaux substrats de la voie sont les facteurs de transcription de la réponse à l'éthylène (ERFVII). Dans des conditions de faible taux d'oxygène, les ERFVII sont stabilisés en raison de l'inhibition de l'activité PCO, ce qui entraîne l'induction de l'expression de plusieurs gènes, dont ceux liés à l'hypoxie.

D'autre part, il a été vérifié que UCP1 fonctionne comme un interrupteur dans la chaîne des réponses métaboliques liées à la réponse hypoxique. La protéine agit sur un groupe spécifique de facteurs de transcription qui ont l'acide aminé cystéine à l'extrémité N-terminale et fonctionne comme un capteur mitochondrial. Si la teneur en oxygène est faible, UCP1 empêche l'oxydation de la cystéine des facteurs de transcription qui contrôlent la réponse hypoxique, en les activant. Ces facteurs de transcription, lorsqu'ils sont activés, induisent l'expression d'un large éventail de gènes codés au niveau nucléaire qui contribuent à la survie cellulaire.. En présence de niveaux d'oxygène plus élevés, les cystéines terminales de ces facteurs de transcription sont oxydées et désactivées (*).

En plus de faire progresser les connaissances sur les fonctions d'UCP1, cette découverte ouvre la voie au développement de cultures agricoles tolérantes au stress imposé par le changement climatique.

(*) Les facteurs de transcription qui permettent l'expression des gènes impliqués dans les événements résultant de l'éthylène et de l'hypoxie sont inactifs si la cystéine à l'extrémité -NH2 est oxydée (cet acide aminé possède du soufre sous forme de sulfhydryle -SH). La protéine UCP1 permet d'éviter cette oxydation lorsque la teneur en oxygène est faible puisqu'elle "détecte" le niveau de ce gaz.