Identification de molécules renforçant l'immunité des plantes
L'exploitation de ces connaissances pourrait permettre de concevoir des molécules qui rendent les plantes plus résistantes aux maladies
Deux études publiées dans la revue Science par des chercheurs du Max Planck Institute for Plant Breeding Research de Cologne, en Allemagne, en collaboration avec des collègues chinois, ont découvert des molécules cellulaires naturelles qui déclenchent des réactions immunitaires essentielles chez les plantes. Ces composés ont tout d'un petit messager conçu par les plantes pour activer les principaux centres de contrôle de la défense. L'exploitation de ces connaissances pourrait permettre aux scientifiques et aux sélectionneurs de plantes de concevoir des molécules qui rendent les plantes, y compris de nombreuses espèces végétales importantes, plus résistantes aux maladies.
Petites molécules produites par des plantes naturelles et contrôlant deux branches de l'immunité (TIR)
Wen Song, Aolin Jia, Shijia Huang, Giuliana Hessler and Henriette Laessle
La production alimentaire mondiale doit doubler d'ici 2050 afin de nourrir les deux milliards de personnes supplémentaires qui devraient vivre sur terre à cette date. Pour stimuler la production alimentaire, il faut augmenter les rendements de nombre de nos cultures de base. Pour ce faire, des stratégies doivent être mises en place afin de rendre les plantes plus résistantes aux agents infectieux microscopiques, tout en veillant à ce que la production alimentaire soit sans danger pour l'environnement. Pour y parvenir, il faut comprendre en détail le système immunitaire des plantes, c'est-à-dire les défenses qu'elles mettent en place lorsqu'elles sont confrontées à des micro-organismes envahissants. Aujourd'hui, dans le cadre de deux études marquantes, des scientifiques dirigés par Jijie Chai et Jane Parker de l'Institut Max Planck de recherche sur la sélection végétale de Cologne et de l'Université de Cologne, en Allemagne, en collaboration avec le groupe de Junbiao Chang de l'Université de Zhengzhou et Zhifu Han et ses collègues de l'Université de Tsinghua à Pékin, en Chine, ont identifié deux classes de molécules et déterminé leurs modes d'action dans la médiation des réponses immunitaires au sein des cellules végétales. Leurs résultats ouvrent la voie à la conception de petites molécules bioactives qui pourraient permettre aux chercheurs et aux producteurs de plantes de manipuler - et donc de renforcer - la résistance des plantes aux microbes nuisibles.
Au niveau moléculaire, l'une des principales stratégies immunitaires employées par les plantes fait intervenir des protéines appelées récepteurs répétitifs riches en leucine se liant à des nucléotides, ou NLR en abrégé. Les NLR sont activés par les micro-organismes envahisseurs et déclenchent des réponses immunitaires protectrices. Ces réponses immunitaires culminent dans la réponse dite hypersensible, qui implique une restriction de la croissance de l'agent pathogène et souvent une mort strictement délimitée des cellules au site de l'infection - un peu comme l'amputation d'un orteil pour assurer la survie du corps.
Il a été démontré qu'une catégorie de protéines NLR, celles qui possèdent des domaines TIR (toll/interleukin-1 receptor), appelés TIR-NLR (ou TNL), relaient des signaux à la protéine immunitaire en aval Enhanced Disease Susceptibility 1 (EDS1). Des protéines plus petites contenant des TIR transmettent également des signaux à EDS1 pour potentialiser la résistance aux maladies. EDS1 fonctionne comme une plaque tournante de contrôle qui, en fonction des types d'autres protéines avec lesquelles elle interagit, pousse les cellules végétales à limiter la croissance des pathogènes ou à s'engager dans la mort cellulaire. Des travaux antérieurs ont montré que les récepteurs TNL et les protéines TIR sont en fait des enzymes induites par les pathogènes. Les preuves suggèrent que ces enzymes TIR produisent un ou plusieurs petits messagers qui envoient un signal à EDS1 à l'intérieur des cellules. Cependant, l'identité des molécules précises générées par les TNL ou les TIR qui stimulent les différentes réponses immunitaires est restée insaisissable.
Parker et ses collègues ont établi que les deux modules fonctionnels d'EDS1 conduisant à l'immunité ou à la mort cellulaire peuvent être déclenchés par des enzymes TNL activées par des pathogènes à l'intérieur des cellules végétales. Pour identifier les petites molécules produites par les TNL ou les TIR et qui agissent sur EDS1, le groupe Chai a reconstitué les composants clés de la voie de signalisation dans des cellules d'insecte, un système qui permet de produire et de purifier de grandes quantités de molécules qui peuvent ensuite être isolées et caractérisées. Grâce à cette approche, les auteurs ont découvert deux classes différentes de molécules de nucléotides modifiés produites par les TNL et les TIR. Ces composés se lient de manière préférentielle à différents sous-complexes EDS1 et les activent. Les auteurs démontrent donc que différents sous-complexes EDS1 reconnaissent des molécules particulières produites par les TIR, qui fonctionnent comme des substances chimiques porteuses d'informations, pour promouvoir les réponses immunitaires.
Les récepteurs immunitaires TIR et les protéines pivots EDS1 existent dans de nombreuses espèces cultivées importantes, comme le riz et le blé, et Jijie Chai souligne que "les petites molécules identifiées catalysées par TIR pourraient être employées comme immunostimulants généraux et naturels pour contrôler les maladies des cultures." Jane Parker remarque en outre que "la connaissance des modes d'action biochimiques de ces petites molécules ouvre un tout nouveau chapitre sur la signalisation de l'immunité des plantes et la gestion des maladies."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Jia, A., Huang, S., Song, W., Wang, J., Meng, Y., Sun, Y., et al.; TIR-catalyzed ADP-ribosylation reactions produce signaling molecules for plant immunity; Science 7 July 2022.
Huang, S., Jia, A., Song, W., Hessler, G., Meng, Y., Sun, Y., et al.; Identification and receptor mechanism of TIR-catalyzed small molecules in plant immunity; Science 7 July 2022.
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