La traduction est cruciale pour que les organismes synthétisent des protéines fonctionnelles à partir de l’ARNm, soutenant les fonctions cellulaires essentielles et les processus biologiques tels que le métabolisme et la signalisation et permettant les réponses au stress. Sans traduction, les cellules ne peuvent pas produire de protéines vitales, ce qui a un impact sur leur structure, leur fonction et leur régulation, affectant ainsi le maintien de la vie et favorisant la diversité biologique 1,2. Par conséquent, l’étude de l’efficacité translationnelle des plantes est cruciale. La traduction comporte plusieurs étapes essentielles. Tout d’abord, l’initiation se produit lorsque l’ARNm se lie à un ribosome, facilitée par des facteurs d’initiation tels que les eIFs chez les eucaryotes, qui identifient le codon de départ, généralement AUG. Ensuite, l’élongation se produit lorsque les molécules d’ARN de transfert (ARNt), chacune portant des acides aminés spécifiques, se lient séquentiellement au ribosome. Des liaisons peptidiques se forment entre les acides aminés adjacents, allongeant la chaîne polypeptidique en fonction de la séquence de l’ARNm. Enfin, la terminaison est initiée lors de la rencontre d’un codon d’arrêt (UAA, UAG ou UGA), reconnu par des facteurs de libération qui incitent le ribosome à libérer la protéine nouvellement synthétisée. Tout au long de la traduction, divers facteurs d’initiation eucaryotes (eIF), facteurs d’élongation et ARN ribosomales travaillent ensemble pour assurer la précision et l’efficacité 3,4.
Des études antérieures ont indiqué que les modifications post-traductionnelles jouent un rôle essentiel dans la régulation des interactions entre les eFI et influencent ainsi l’efficacité de la traduction. Des recherches in vitro ont révélé que la kinase CASEIN KINASE 2 (CK2) phosphoryle eIF3c, eIF5 et eIF2β pour augmenter leurs interactions entre elles et avec eIF1 5,6. Dans l’obscurité, la ligase E3 CONSTITUTIVEMENT PHOTOMORPHOGÉNIQUE 1 (COP1) réprime la traduction en inhibant la phosphorylation de S6K-RPS6 médiée par TOR. Le RPS6 non phosphorylé est incapable de former des ribosomes fonctionnels, arrêtant ainsi la traduction7. À l’inverse, dans des conditions de luminosité, la kinase SUPPRESSOR OF PHYA 105 (SPA1) phosphoryle eIF2α pour faciliter l’assemblage du complexe eIF2 et favoriser l’initiation de la traduction8. Ces résultats mettent en évidence les mécanismes de contrôle complexes qui régulent la traduction en réponse aux signaux environnementaux.
Des stimuli environnementaux modérés peuvent favoriser efficacement les processus de traduction pour faciliter la croissance, tels que la photomorphogenèse 8,9. Cependant, lorsque les facteurs environnementaux sont excessifs, les usines immobiles doivent mettre au point des mécanismes de régulation appropriés pour atténuer les dommages causés par le stress environnemental10. Dans des études antérieures portant sur les réponses au stress des plantes, la majorité s’est concentrée sur la régulation aux niveaux métabolique, hormonal et transcriptionnel 11,12,13,14. Cependant, des recherches récentes ont commencé à mettre en évidence l’influence de la régulation translationnelle sur la tolérance au stress des plantes 15,16,17. Les plantes peuvent augmenter leur tolérance au stress en réduisant l’efficacité de traduction, minimisant ainsi la consommation d’énergie inutile. En raison de la formation de granules de stress non membraneux dans les cellules végétales, l’ARNm non traduit et les protéines associées s’y agrègent pour réduire l’efficacité de la traduction18. L’un des stress environnementaux courants auxquels les plantes sont souvent confrontées est le stress thermique, qui induit la formation de granules de stress dans les cellules végétales19,20. L’augmentation mondiale des températures moyennes due au réchauffement climatique affecte gravement les rendements des cultures21. Par conséquent, l’étude de la régulation physiologique des plantes sous stress thermique est cruciale. Une étude antérieure a montré que le traitement thermique du blé entraînait une diminution de l’ARNm lié aux polysomes. Cependant, les ARNm stockés dans les granules de stress ont été libérés et reliés aux ribosomes, facilitant la traduction après la récupération22. De plus, des recherches antérieures ont comparé l’expression génique entre l’ARNm total et l’ARNm lié aux polysomes dans des plantes submergées16. Les résultats ont indiqué que les niveaux d’ARNm à l’état d’équilibre associés aux réponses d’acide abscissique et de stress abiotique ont légèrement augmenté après l’immersion. De plus, la quantité d’ARNm liés aux polysomes a considérablement augmenté. Ces résultats suggèrent que la régulation de la traduction pourrait jouer un rôle plus critique dans le contrôle de la tolérance au stress chez les plantes. Par conséquent, une méthode efficace d’isolement de l’ARN polysomal est cruciale pour étudier le translatome des échantillons traités au stress.
Dans ce protocole, nous avons modifié la méthode d’isolement de l’ARN de la méthode d’extraction phénol/chloroforme à haut risque et volumineuse avec précipitation LiCl à la méthode d’extraction à petite échelle du thiocyanate de phénol/guanidinium, qui nécessite moins de volume. La première méthode implique un mélange direct avec des fractions polysomales, ce qui permet d’obtenir des déchets expérimentaux plus volumineux 9,15,23. En revanche, cette approche modifiée utilise les principes de densité différentielle : l’ARN polysomal est d’abord mélangé à une solution riche en sel et sans sucre, puis précipité par ultracentrifugation. Par la suite, l’extraction de l’ARN est réalisée à l’aide d’un petit volume de réactif de thiocyanate de phénol/guanidinium. Cette méthode réduit efficacement la production de déchets organiques, ce qui rend notre expérience plus respectueuse de l’environnement. De plus, les solvants organiques utilisés ont une toxicité plus faible. Ces raisons nous ont amenés à ajuster et à améliorer les procédures expérimentales en conséquence. De plus, les méthodes précédentes ne fournissaient pas de protocole complet pour calculer l’efficacité de la traduction à l’aide de la normalisation de pointe, ce qui est essentiel pour des analyses translatomiques plus approfondies.
Ici, nous décrivons le profilage des polysomes et le protocole d’isolement de l’ARN polysomal pour étudier l’efficacité de la traduction et les analyses translatomiques chez Arabidopsis sous stress de choc thermique. Ce protocole a été utilisé pour évaluer l’efficacité de la traduction chez le type sauvage Col-0 dans des conditions normales, de choc thermique et de post-récupération. Les résultats du profilage des polysomes et le pourcentage d’ARN polysomique ont révélé des altérations de l’efficacité de la traduction après un traitement de stress thermique chez les plantules d’Arabidopsis .