Stéphane Maury : « Les plantes ont développé des mécanismes leur permettant de répondre aux stress environnementaux »

Stéphane Maury mène, depuis plus de vingt ans, des recherches sur les mécanismes épigénétiques chez les plantes face aux changements climatiques. Professeur des universités en physiologie végétale et épigénétique (université d’Orléans, Inrae, département Ecodiv), il anime également une équipe de recherche (Arche) et divers projets nationaux et internationaux sur cette thématique. Il répond à nos questions.

Comment définiriez-vous l’épigénétique et en quoi se distingue-t-elle de la génétique classique ?

Au sens étymologique du terme, épigénétique signifie « autour de la génétique ». L’épigénétique prend une place là où la génétique n’est pas capable d’expliquer des processus qui sont liés au développement et à l’environnement des organismes vivants. Dans les années 2000, nous avons compris au niveau moléculaire ce que cela voulait dire. Ce n’est pas la séquence d’ADN (l’information génétique) elle-même qui est déterminante, mais la structure qu’elle adopte avec des protéines dans le noyau des cellules. Cette structure peut être plus ou moins compactée : c’est ce que l’on appelle la chromatine. Dans le noyau des cellules eucaryotes — c’est-à-dire les plantes, animaux et champignons — , cette structure peut se compacter et devenir inaccessible ou au contraire se décompacter et devenir très accessible à la machinerie de la cellule. L’information génétique est toujours présente dans toutes les cellules mais elle peut être plus ou moins disponible. Cela crée un nouveau niveau de contrôle et cela peut expliquer la réponse des individus à l’environnement et au cours de leur développement. 

Quelles sont les particularités des mécanismes épigénétiques chez les plantes par rapport aux autres êtres vivants ?

Les plantes sont particulières en épigénétique par rapport aux animaux et à l’humain en particulier. Ce sont des organismes fixés, qui ne bougent pas. Cela veut dire, qu’au cours de leur évolution, elles n’ont jamais pu mettre en place de stratégies pour se déplacer afin d’améliorer leurs conditions de vie. Les plantes ont donc développé des mécanismes leur permettant de répondre aux stress environnementaux, en partie grâce à leur capacité à poursuivre leur développement tout au long de leur vie, bien après l’embryogenèse. Elles peuvent ainsi former de nouveaux organes, tels que les feuilles produites chaque printemps. Une plante dans un milieu très sec ne va pas développer les mêmes feuilles, tiges et racines que si elle était dans un meilleur environnement. C’est ce que l’on appelle la plasticité développementale et nous avons longtemps cherché à comprendre comment les plantes pouvaient être plastiques. Une partie de la réponse vient de l’épigénétique. Elles peuvent changer l’information à leur accessibilité génétique (de par la structure compactée ou non de la chromatine) en fonction de l’environnement et acclimater leur développement à l’environnement dans lequel elles sont. 

Comment les mécanismes épigénétiques des plantes leur permettent de « se souvenir » d’un stress environnemental comme la sécheresse ou la chaleur ?

Des expériences menées en laboratoire ont montré que des plantes préalablement exposées à un stress réagissent mieux lorsqu’elles subissent un second stress du même type. Concrètement, lorsque deux lots de plantes sont comparés, l’un ayant déjà été stressé, l’autre non, le premier peut développer des défenses plus efficaces lors de la seconde exposition (on parle de priming). Cela suggère que les plantes peuvent « se souvenir » du premier stress. Cette mémoire s’expliquerait par des modifications épigénétiques : certaines structures de la chromatine seraient modifiées au niveau de gènes clés impliqués dans la réponse au stress. Ces marques agiraient comme des repères, facilitant une activation plus rapide et plus forte de ces gènes lors d’une nouvelle agression. Les études moléculaires confirment que, dans certaines conditions, des marques épigénétiques apparaissent sur la chromatine après un premier stress, améliorant la réactivité au suivant. C’est ce mécanisme que les chercheurs désignent sous le terme de mémoire cellulaire. La cellule conserve dans son noyau une trace durable de l’événement, grâce à ces « petits drapeaux » posés à des endroits stratégiques de l’ADN. 

Ces changements épigénétiques sont-ils réversibles ou transmissibles ?

Très souvent, la plasticité des plantes est temporaire. Elle leur permet de s’acclimater rapidement à une situation extrême avant de revenir à un fonctionnement développemental habituel lorsque les conditions redeviennent favorables. Ce processus est rapide à mettre en place et réversible, sauf dans certains cas où une mémoire s’installe. L’information acquise peut alors être transmise aux cellules issues de la division cellulaire, voire, dans les cas extrêmes, à la descendance, ce qui est très rare chez l’animal et rarissime chez l’homme. Ainsi, des cellules filles peuvent « se souvenir » de ce qu’a subi la cellule mère, même sans avoir elles-mêmes été exposées au stress. C’est précisément cela que l’on appelle l’épigénétique, soit la transmission héréditaire d’une information acquise sans modification de la séquence d’ADN. 

Épigénétique : mécanismes moléculaires, biologie du développement et réponses à l’environnement, Hélène Jammes, Pierre Boudry, Stéphane Maury, Éditions Quae, 2024.

Les réponses épigénétiques des animaux
Tous les organismes vivants disposent de mécanismes épigénétiques permettant de réguler l’expression de leurs gènes sans modifier la séquence d’ADN. Ces contrôles épigénétiques sont présents aussi bien chez les plantes que chez les animaux, les poissons ou les mammifères.  Cependant, si les machineries de base épigénétiques sont communes, les modalités d’activation de ces mécanismes varient selon les contraintes environnementales et biologiques de chaque espèce.
Voir le livre : Epigénétique en écologie et évolution, éditions ISTE, novembre 2024

Le projet ADAAPT
Lancé en avril 2025, le projet ADAAPT s’inscrit dans le cadre du Programme prioritaire de recherche (PEPR) « Agroécologie et numérique ». Ce vaste projet réunit 17 laboratoires français travaillant sur l’épigénétique des animaux d’élevage et des plantes de culture. Biologistes, spécialistes du végétal et de l’animal, mais aussi statisticiens et experts en intelligence artificielle, collaborent pour croiser les données issues de la recherche et développer de nouveaux modèles de prédiction. L’objectif est de mieux comprendre comment les mécanismes épigénétiques peuvent contribuer à l’adaptation du vivant face aux changements environnementaux.

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Les plantes possèdent une mémoire étonnante grâce à l’épigénétique : elles peuvent « se souvenir » d’un stress comme la sécheresse et y répondre plus efficacement lors d’une nouvelle exposition. Cette plasticité, réversible ou parfois transmissible, leur permet de s’adapter aux changements environnementaux. Interview de #StéphaneMaury, professeur des universités en physiologie végétale et épigénétique (@inrae)
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