La Cuscute, une plante parasite qui cause des dommages importants aux cultures aux États-Unis et dans le monde chaque année, peut réduire l’expression des gènes dans les plantes hôtes à partir desquelles elle obtient de l’eau et des nutriments. Cette régulation des gènes inter-espèces, qui inclut des gènes qui contribuent à la défense de la plante hôte contre les parasites, n’a jamais été observée auparavant chez une plante parasite. La compréhension de ce système pourrait fournir aux chercheurs une méthode pour concevoir des plantes résistantes au parasite. Le papier décrivant la recherche par une équipe qui comprend des scientifiques à Penn State et Virginia Tech a été publié dans la revue Nature.
Les caractéristiques d’une plante parasite
La Cuscute est un parasite obligatoire ce qui signifie qu’il ne peut pas vivre seul selon Michael J. Axtell, professeur de biologie à Penn State et un auteur de l’article. Contrairement à la plupart des plantes qui reçoivent de l’énergie grâce à la photosynthèse, la cuscute siphonne l’eau et les nutriments des autres plantes en se connectant au système vasculaire de l’hôte en utilisant des structures appelées haustoria. Nous avons pu montrer qu’en plus du flux des nutriments vers la Cuscute depuis la plante hôte, la cuscute passe également le microARN qui régule l’expression des gènes de l’hôte d’une manière très directe.
Les microARN sont des fragments très courts d’acide nucléique, le matériel d’ADN et d’ARN, qui peuvent se lier aux ARN messagers qui codent pour la protéine. Cette liaison du microARN à l’ARN messager empêche la production de la protéine, soit en bloquant le processus directement ou en déclenchant d’autres protéines qui coupent l’ARN messager en plus petits morceaux. Il est important de noter que les petits restes de l’ARN messager peuvent alors fonctionner comme des microARN supplémentaires en se liant à d’autres copies de l’ARN messager en entraînant ainsi une réduction supplémentaire du gène.
L’utilisation de MicroARN pour désactiver la défense de la plante hôte
La Cuscute semble activer l’expression de ces microARN quand elle entre en contact avec la plante hôte selon James H. Westwood, professeur de pathologie végétale à Virginia Tech et un autre auteur de l’article. Ce qui était vraiment intéressant est que les microARN ciblent spécifiquement les gènes de l’hôte impliqués dans la défense de la plante contre le parasite.
La Cuscute, une plante parasite, peut utiliser le MicroARN dans sa plante hôte pour désactiver l’expression des gènes associés aux mécanismes de défense. C’est la première fois qu’on observe cette technique chez une plante parasite – Crédit : Penn State University
Quand une plante est attaquée par un parasite, elle initie un certain nombre de mécanismes de défense. Dans l’un de ces mécanismes, semblables à la coagulation du sang après une coupure, les plantes produisent une protéine qui coagule le flux de nutriments vers le site du parasite. Le MicroARN de la Cuscute cible l’ARN messager qui code pour cette protéine qui permet ainsi de maintenir un flux libre de nutriments au parasite. Le gène, qui code pour cette protéine de coagulation, a une séquence très similaire à travers de nombreuses espèces végétales et les chercheurs ont montré que le microARN de la Cuscute cible les régions de la séquence du gène qui sont les plus hautement conservées entre les plantes. Pour cette raison, la cuscute peut probablement désactiver cette protéine de la coagulation et donc parasiter une grande variété d’espèces végétales.
Les chercheurs ont séquencé tous les microARN dans le tissu du parasite, ceux de la plante hôte et une combinaison des deux. En comparant les données de séquençage de ces trois sources, ils ont été en mesure d’identifier les microARN provenant de la cuscute introduite dans le tissu végétal. Ils ont ensuite mesuré la quantité d’ARN messager de gènes qui ont été ciblés par les microARN de la Cuscute et ils ont vu que le niveau d’ARN messager de l’hôte était réduit lorsque les microARN Cuscute étaient présents.
Avec les exemples précédents d’échange d’ARN de petite taille entre les champignons et les plantes, nos résultats impliquent que cette régulation des gènes inter-espèces peut être plus répandue dans d’autres interactions plante-parasite selon Axtell. Donc avec cette connaissance, le rêve est que nous pourrions éventuellement utiliser la technologie de modification de gènes pour modifier les sites cibles de microARN dans les plantes hôtes en empêchant les microARN de se lier et de désactiver ces gènes. L’ingénierie de la résistance au parasite pourrait réduire l’impact économique du parasite sur les plantes agricoles.
