Les enzymes microbiennes sont la clé de la digestion de la pectine chez les chrysomèles

Les découvertes de fossiles de dommages causés par l’alimentation des insectes sur les plantes sont la preuve que les insectes utilisent les plantes comme source de nourriture depuis plus de 400 millions d’années. Des chercheurs dirigés par Roy Kirsch et Yannick Pauchet du Département Symbiose des insectes étudient comment les insectes herbivores sont capables de décomposer les composants difficiles à digérer de leur nourriture végétale. Dans des travaux antérieurs, ils avaient déjà montré que les enzymes dégradant la pectine sont largement répandues chez les espèces de coléoptères herbivores. Ils ont également pu démontrer que ces enzymes de coléoptères étaient invariablement d’origine microbienne. La question de l’étude actuelle était donc de savoir quelle est l’importance de ces enzymes pour la nutrition et la forme physique de l’insecte, en l’occurrence le coléoptère de la moutarde. Phaedon cochleariae.

“Notre objectif était de mieux comprendre comment les insectes herbivores traitent la paroi cellulaire végétale, qui constitue l’essentiel de leur alimentation. La pectine est la matrice englobant les fibres de cellulose et d’hémicellulose dans la paroi cellulaire végétale, et c’est le principal constituant de la cellule- reliant les lamelles moyennes. Par conséquent, la pectine doit d’abord être digérée pour que les enzymes cellulase et hémicellulase puissent accéder à leurs substrats et que les cellules végétales soient enfin libérées de leur paroi cellulaire protectrice. Dans ce contexte, l’action des pectinases, c’est-à-dire des enzymes dégradant la pectine, est la clé d’une digestion efficace du régime alimentaire d’un chrysomèle », explique le premier auteur Roy Kirsch.

Pour étudier le rôle des pectinases, les chercheurs ont généré des lignées de coléoptères dans lesquelles ces enzymes n’étaient pas présentes. Cela s’est d’abord avéré plus difficile que prévu.” “Même une réduction drastique de l’activité de la pectinase par des expériences d’ARNi knock-down chez les larves de coléoptères n’a pas été suffisante pour inhiber efficacement la digestion de la pectine. Nous n’avons pu éliminer complètement les gènes codant pour la pectinase chez les chrysomèles qu’en appliquant l’édition du génome CRISPR/Cas9 », explique Yannick Pauchet, responsable de l’étude, soulignant l’importance des « ciseaux génétiques », une technologie pour laquelle Emmanuelle Charpentier et Jennifer Doudna a reçu le prix Nobel de chimie 2020.

Les larves “Pectinase-null mutant” ainsi générées se sont avérées avoir une faible capacité de survie. Une autre question était maintenant de savoir si les produits de dégradation de la digestion de la pectine amélioreraient le taux de survie de ces coléoptères lorsqu’ils sont appliqués par voie orale aux larves de coléoptères. Cependant, comme l’ont montré les expériences d’alimentation, ce n’était pas le cas. “D’une part, ce résultat a été un peu une surprise pour nous. Mais d’autre part, c’était un indicateur important que les chrysomèles ne digèrent pas la pectine pour utiliser ses produits de dégradation pour leur propre métabolisme, mais perturbent plutôt la pectine, et probablement d’autres polysaccharides de la paroi cellulaire végétale, pour accéder au cytoplasme riche en protéines des cellules végétales », Roy Kirsch résume les résultats.

Les recherches de ces dernières années, notamment du groupe-projet de Yannick Pauchet, ont montré que l’acquisition d’enzymes microbiennes par transfert horizontal de gènes contribuait à l’abondance d’espèces de chrysomèles, mais aussi de représentants d’autres familles d’insectes, comme les charançons, les scolytes et les phasmes. insectes. L’appropriation d’enzymes d’autres organismes microbiens est comme un raccourci évolutif ; dans tous les cas, cela a créé les conditions permettant aux insectes d’ouvrir les plantes riches en pectine comme source de nourriture en premier lieu. “Il y a peut-être une certaine ironie dans le fait que les pectinases ont probablement d’abord évolué dans les plantes pour adapter dynamiquement la structure de la pectine aux besoins changeants de la plante. Ces enzymes ont ensuite été acquises par des microbes phytopathogènes, qui à leur tour les ont données aux insectes herbivores. les stratégies d’adaptation comportent apparemment toujours des risques et des effets secondaires », explique Roy Kirsch.

Cependant, il existe également des espèces de coléoptères qui abritent des bactéries symbiotiques qui produisent des pectinases pour leurs hôtes. Des expériences dites “knockin”, dans lesquelles un gène de pectinase est introduit dans le génome du coléoptère à l’aide de CRISPR-Cas9, sont désormais prévues pour montrer comment ce nouveau trait du coléoptère affecte non seulement les interactions entre les plantes et les insectes, mais également les interactions entre les insectes et leurs partenaires bactériens. Les études futures porteront également sur d’autres enzymes qui ne dégradent pas la pectine mais d’autres composants de la paroi cellulaire végétale. Les travaux de Roy Kirsch, Yannick Pauchet et leur équipe montrent que pour qu’un insecte survive sur une plante hôte, ce n’est pas seulement l’adaptation aux défenses de la plante, telles que les toxines et les inhibiteurs alimentaires et autres métabolites secondaires, qui est cruciale. Les scientifiques se concentrent plutôt sur le métabolisme primaire, jusqu’ici négligé dans les recherches sur les interactions plantes-insectes. “La capacité d’un insecte à digérer ces métabolites primaires est tout aussi importante pour le succès évolutif des insectes herbivores”, précise Yannick Pauchet.

Source de l’histoire :

Matériaux fourni par Institut Max Planck d’écologie chimique. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.