Dans une découverte importante pour l’agriculture et la sécurité alimentaire, des scientifiques rapportent la régulation génétique de la réponse immunitaire d’une plante modèle


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  • Dans une découverte importante pour l’agriculture et la sécurité alimentaire, les scientifiques rapportent la régulation génétique de la réponse immunitaire d’une plante modèle.

    Le mécanisme de défense des plantes médié par le non-expresseur de gènes liés à la pathogenèse (NPR) chez les monocotylédones (plantes ayant une seule feuille embryonnaire) n’est pas bien documenté. Aujourd’hui, des scientifiques de l’Université des sciences de Tokyo ont découvert comment la famille de gènes NPR régulait les réponses immunitaires chez le modèle monocotylédone Brachypodium distachyon. Ces découvertes fournissent un modèle pour les systèmes de défense des plantes et pourraient contribuer à davantage de recherche sur les espèces végétales résilientes, en stimulant la culture céréalière sans pesticides.

    Les plantes peuvent être largement divisées en plantes dicotylédones et monocotylédones. Ces groupes, en plus de différer dans leur structure embryonnaire, ont de nombreux autres facteurs distinctifs. C’est pourquoi, il est tout à fait possible que leurs réponses immunitaires à certaines menaces soient également différentes.

    Réponses immunitaires chez les plantes ? Vous laisse perplexe ? Eh bien, bien que leur système immunitaire soit structuré et fonctionne très différemment du nôtre, les plantes, comme les humains, réagissent aux menaces extérieures. Ces réponses immunitaires ont été largement étudiées dans les modèles dicotylédones, mais moins chez les monocotylédones.

    La famille de gènes non-expressor of pathogenesis-related (NPR) est connue pour contrôler la signalisation défensive lors d’une attaque pathogène. Chez Arabidopsis thaliana, un dicotylédone, NPR1 (AtNPR1) sert de site de liaison pour l’acide salicylique (SA) et interagit avec le groupe TGA de facteurs de transcription (TF) – qui sont responsables de l’activation ou de la désactivation des gènes selon les besoins. . Cela active les gènes de défense, tels que la protéine 1 liée à la pathogenèse (PR-1), qui contrôlent en fin de compte la réponse immunologique de la plante. Cela se produit-il aussi chez les monocotylédones ? Une équipe de recherche, dirigée par le professeur Gen-ichiro Arimura de l’Université des sciences de Tokyo au Japon, a décidé de le découvrir.

    Ils savaient que certains monocotylédones, comme le riz et le blé, affichent une réponse immunitaire similaire médiée par NPR1 face à une attaque pathogène. Cependant, l’équipe pensait que d’autres monocotylédones pouvaient réagir différemment et souhaitait également étudier d’autres NPR, tels que AtNPR3/AtNPR4, qui pourraient avoir l’effet inverse de NPR1. Par conséquent, le professeur Arimura et ses collègues ont choisi d’étudier la fonction NPR et la réponse immunitaire chez le modèle monocotylédone Brachypodium distachyon, souvent connu sous le nom de lentille d’eau du sud.

    Leur étude, publiée dans Le journal des plantesexplique comment les gènes NPR de B. distachyon régulent la transcription favorisée par la TGA des gènes sensibles à la défense.

    Les chercheurs ont d’abord identifié et cloné des séquences des gènes NPR de monocot B. distachyon – BdNPR1, 2 et 3 – qui étaient similaires aux séquences NPR d’autres espèces de dicotylédones, y compris Arabidopsis. Lors du traitement au salicylate de méthyle, l’expression de BdNPR2 a augmenté de manière significative, mais pas de BdNPR1/BdNPR3, indiquant son rôle positif dans la réponse de défense des plantes. Les chercheurs ont également confirmé que l’un des BdNPR (BdNPR2) activait le BdTGA-1 chez B. distachyon (tout comme d’autres plantes), en observant l’expression des gènes et les interactions moléculaires dans les protoplastes de B. distachyon. Ces expériences ont révélé que BdTGA1 et BdNPR2 interagissaient les uns avec les autres pour réguler positivement l’expression de PR-1, cimentant ainsi le rôle de NPR2 dans la réponse immunitaire de B. distachyon.

    Cette réponse a-t-elle été médiatisée par SA ? Une autre question pertinente, à laquelle l’équipe a répondu en créant un gène NPR2 mutant. Le professeur Arimura souligne : « Certains résidus d’acides aminés – en particulier ceux de l’arginine (Arg) – sont responsables de la liaison SA dans les NPR d’Arabidopsis. Ainsi, notre mutant NPR2 manquait d’un résidu d’arginine spécifique – Arg468. » Ce mutant était moins efficace que le NPR2 de type sauvage normal pour augmenter l’expression de PR-1, ce qui implique que Arg468 était critique pour la liaison de SA sur NPR2, qui, à son tour, régulait positivement PR-1. Fait intéressant, leurs essais expérimentaux ont également révélé que BdNPR1 supprimait cette régulation à la hausse, suggérant son rôle d’inhibiteur immunitaire chez B. distachyon.

    Le professeur Arimura résume tout pour nous. « Lorsque la plante est en bonne santé, BdNPR1 peut empêcher BdNPR2 d’activer BdTGA1, en maintenant le gène PR1 désactivé. Mais lorsque la plante est attaquée par un agent pathogène, les niveaux de SA augmentent et stimulent l’expression de BdNRP2, qui ensuite cascade, et ‘tourne sur le gène PR1. » Surpris par l’unicité fonctionnelle de BdNRP2, le professeur Arimura explique que « les similitudes de séquence entre NPR2 de B. distachyon et d’autres plantes n’affectent pas leurs fonctions qui sont distinctement différentes pour chaque espèce végétale ».

    Mais comment cette recherche génétique se traduit-elle en applications réelles ? De nombreuses cultures importantes, telles que le blé et le riz, sont des monocotylédones. Ces plantes, qui sont sensibles aux agents pathogènes microbiens et aux ravageurs, sont traitées avec des pesticides pour éviter les dommages. Les pesticides provoquent alors une dégradation de l’environnement. « Ce cercle vicieux peut être brisé en comprenant les systèmes de défense des monocotylédones et en traitant leur sensibilité de manière plus durable, avec une culture sans pesticides », déclare le professeur Arimura, qui espère que cette recherche sera utilisée pour faire avancer la biotechnologie végétale. Cela nous rapproche un peu plus de la résolution des problèmes mondiaux d’environnement et de sécurité alimentaire, nous permettant d’œuvrer pour une société plus durable.

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