Une nouvelle méthode de protection contre les agents pathogènes des plantes pourrait contribuer à la sécurité alimentaire mondiale
En modifiant un récepteur immunitaire intracellulaire des plantes (NLR), des chercheurs ont mis au point une nouvelle stratégie potentielle de résistance à la pyriculariose du riz, l'une des maladies les plus importantes menaçant la sécurité alimentaire mondiale. L'équipe collaborative du Royaume-Uni et du Japon a récemment publié ses travaux dans la revue PNAS. Ces travaux pourraient avoir des répercussions sur les approches futures en matière de protection des cultures et, en fin de compte, sur la stabilité de l'approvisionnement alimentaire mondial.
La structure cristalline du complexe révèle une interface étendue entre Pwl2 et OsHIPP43.
PNAS
La recherche a été menée par le département de biochimie et de métabolisme du John Innes Centre, avec des partenaires du Sainsbury Laboratory, de l'université d'East Anglia et de la division de génomique et d'élevage du centre de recherche en biotechnologie d'Iwate, au Japon. Pour une partie essentielle de l'étude, les chercheurs ont travaillé avec le synchrotron national du Royaume-Uni, la Diamond Light Source.
La pyriculariose du riz reste l'une des maladies les plus récalcitrantes qui menacent la sécurité alimentaire mondiale. Cette maladie est causée par le champignon filamenteuxMagnaporthe oryzae et est directement responsable de la perte de plus de 30 % du riz récolté chaque année. Ce pathogène peut également provoquer la pyriculariose sur d'autres cultures céréalières, notamment le blé et l'orge.
Les approches actuelles de déploiement d'une résistance durable aux maladies dans les champs sont limitées par la vitesse à laquelle elles peuvent être identifiées dans la nature et par l'évolution des agents pathogènes des plantes, tels que le champignon de la pyriculariose, qui parviennent à contourner ces nouvelles résistances. La bio-ingénierie des récepteurs immunitaires des plantes, tels que les NLR, est apparue comme une nouvelle voie pour générer de nouveaux traits de résistance aux maladies afin de contrer la menace croissante des agents pathogènes des plantes pour la sécurité alimentaire mondiale, qui peuvent potentiellement être développés à la demande.
Rafał Zdrzałek, l'auteur principal explique que "les pathogènes sécrètent des protéines appelées "effecteurs" dans les cellules hôtes pour manipuler le métabolisme de la plante et promouvoir l'infection. Les plantes peuvent reconnaître ces effecteurs à l'aide de récepteurs immunitaires appelés NLR. Cependant, il n'est pas toujours facile de définir un récepteur reconnaissant naturellement un effecteur donné, et même si un tel récepteur existe, les effecteurs des pathogènes peuvent muter et évoluer pour échapper à cette reconnaissance. Les interactions entre les effecteurs des pathogènes et les récepteurs des plantes sont étudiées pour comprendre le modus operandi de chaque pathogène, mais elles nous permettent également de bricoler les récepteurs naturels des plantes et de modifier leur spécificité de reconnaissance".
Dans leur publication, les chercheurs se sont concentrés sur l'ingénierie d'un récepteur immunitaire NLR de riz pour lier solidement une famille d'effecteurs plus large et conservée du champignon pathogène de la pyriculariose. Mark Banfield, l'auteur correspondant, ajoute : "En reconnaissant une famille d'effecteurs conservée, ce récepteur immunitaire modifié établit une preuve de principe pour la fourniture future d'une résistance robuste et de longue durée à la pyriculariose en agriculture. Il pourrait être plus difficile pour l'agent pathogène d'évoluer pour échapper à la reconnaissance. Le concept d'ingénierie des récepteurs immunitaires hôte-cible peut également s'appliquer à d'autres maladies végétales dont les propriétés pathogènes reposent sur l'introduction d'effecteurs dans les cellules de l'hôte".
En remplaçant le domaine associé aux métaux lourds (HMA) du NLR Pikm-1 du riz par celui de la protéine de riz OsHIPP43 (la cible naturelle de l'effecteur Pwl2), les chercheurs ont réussi à modifier le profil de réponse du récepteur pour qu'il reconnaisse et réponde à Pwl2 et à la famille plus large des effecteurs Pwl.
Les chercheurs ont recueilli des données de diffraction des rayons X sur la ligne de faisceau I04 du synchrotron national britannique, la Diamond Light Source, afin d'étudier les détails de l'interaction entre ces deux protéines. La structure cristalline du complexe révèle une interface étendue entre Pwl2 et OsHIPP43.
Les résultats de l'étude démontrent le potentiel de l'ingénierie NLR basée sur la cible de l'hôte dans le développement de nouveaux traits de résistance qui pourraient être moins susceptibles d'être surmontés par l'évolution des pathogènes. Cette recherche pourrait avoir des implications considérables pour l'avenir de la protection des cultures et la stabilité de l'approvisionnement alimentaire mondial.
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Publication originale
Rafał Zdrzałek, Yuxuan Xi, Thorsten Langner, Adam R. Bentham, Yohann Petit-Houdenot, Juan Carlos De la Concepcion, Adeline Harant, Motoki Shimizu, Vincent Were, Nicholas J. Talbot, Ryohei Terauchi, Sophien Kamoun, Mark J. Banfield; "Bioengineering a plant NLR immune receptor with a robust binding interface toward a conserved fungal pathogen effector"; Proceedings of the National Academy of Sciences, Volume 121, 2024-7-5
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