Des récepteurs synthétiques pourraient ouvrir la voie à des cultures résistantes aux maladies

Des récepteurs synthétiques pourraient ouvrir la voie à des cultures résistantes aux maladies

Agdaily reporters*

Image : Jackie Niam, Shutterstock

Des chercheurs dirigés par M. Ken Shirasu du Centre RIKEN pour la Science des Ressources Durables au Japon ont identifié une protéine ancienne qui pourrait aider à défendre les plantes contre des dizaines de milliers de bactéries et autres agents pathogènes différents.

Baptisé « SCORE », ce récepteur détecte les protéines de choc froid, dont on trouve des variantes dans plus de 85 % des bactéries connues, ainsi que dans les champignons et les insectes. Des expériences publiées le 4 septembre dans la revue Science ont révélé que le simple fait de remplacer des sections clés de SCORE par des substituts permettait de modifier de manière prévisible le type de protéine de choc froid, et donc l'agent pathogène, qu'il reconnaît. Cette stratégie pourrait être utilisée pour concevoir un SCORE synthétique et fournir aux plantes, en particulier aux cultures et aux arbres, un moyen de se défendre contre les agents pathogènes qui les affectent.

Lorsque des plantes à fleurs telles que le riz, le blé, les oliviers et le bambou sont infectées par des agents pathogènes, elles sont plus petites et ont un rendement moindre. Heureusement, les plantes possèdent des protéines réceptrices qui reconnaissent les molécules des agents pathogènes lorsqu'elles s'assemblent, déclenchant ainsi une réponse immunitaire. Malheureusement, aucun récepteur immunitaire ne reconnaît tous les agents pathogènes actuels et futurs. Cependant, des recherches récentes ont montré que les récepteurs immunitaires spécifiques à certaines plantes d'une branche de l'arbre généalogique végétal, comme les choux et les brocolis, peuvent être transférés à une autre lignée, comme les tomates et les pommes de terre, leur conférant ainsi une défense qu'elles ne possèdent pas naturellement.

Cela semble facile, mais en réalité, sur les centaines de milliers de paires récepteur-microbe possibles qui existent dans la nature, les scientifiques en ont identifié moins de dix à ce jour, et toutes dans des espèces modèles dont le génome est bien connu. Sans savoir quels récepteurs reconnaissent quels microbes, il n'y a pas grand-chose à faire pour améliorer les conditions sur le terrain. Dans leur nouvelle étude, M. Shirasu et son groupe du RIKEN CSRS se sont concentrés sur l'élaboration d'une stratégie pour identifier ces paires.

À partir de plus de 1.300 récepteurs issus des génomes de 350 espèces végétales, les chercheurs ont finalement identifié un récepteur immunitaire inconnu dans le pomelo, un agrume commun. Une série d'expériences a révélé que ce récepteur réagit à certaines protéines de choc froid, mais pas à toutes. Les chercheurs l'ont donc baptisé « Selective COld shock protein Receptor », ou SCORE.

Le récepteur immunitaire ancien SCORE a été découvert dans le pomelo, mais plus de 60 orthologues ont ensuite été trouvés dans d'autres ordres et familles de plantes. Les SCORE synthétiques conçus avec de subtiles variations ont réagi de manière prévisible aux bactéries que le SCORE du pomelo ne peut pas reconnaître. La conception de SCORE personnalisés pourrait donc être un moyen puissant de renforcer l'immunité des cultures contre de nouveaux agents pathogènes. (Image fournie par Ivar Leidus)

Ils ont déterminé que SCORE reconnaît une petite section des protéines de choc thermique, appelée csp15 car elle comporte 15 acides aminés. Le remplacement de certains acides aminés de csp15 par d'autres a modifié la protéine de choc thermique que SCORE pouvait reconnaître.

Une analyse génomique détaillée a montré que la plupart des agents pathogènes, à l'exception des virus, produisent au moins un type de protéine de choc froid. En comparant les espèces, l'équipe a découvert que, bien que la plupart des 15 acides aminés de la csp15 soient conservés d'une espèce à l'autre, les positions 6, 7, 14 et 15 de la séquence varient considérablement. Les chercheurs ont également découvert plus de 60 variations dans SCORE qui étaient spécifiques à différentes lignées végétales, et ont retracé leur origine jusqu'au dernier ancêtre commun de toutes les plantes à fleurs. Cela signifie que de nombreuses plantes que nous utilisons pour nous nourrir présentent des variations de ce récepteur immunitaire.

« Ce fut une découverte particulièrement inattendue », explique le coauteur Yasuhiro Kodata. « La grande variation naturelle dans la reconnaissance de la CSP parmi les orthologues SCORE de différentes lignées végétales suggère que ce type de récepteur immunitaire a évolué à plusieurs reprises pour affiner la détection des agents pathogènes grâce à des substitutions spécifiques d'acides aminés. »

L'analyse de tous les différents SCORE a révélé les emplacements spécifiques dans leur séquence d'acides aminés qui varient d'une lignée à l'autre, et sur la base de la charge, il a été possible de prédire quels csp15 un SCORE donné peut reconnaître. L'étape logique suivante consistait à prendre le SCORE du pomelo et à concevoir de nouvelles versions capables de reconnaître différents pathogènes en remplaçant les sections clés par des alternatives. Par exemple, bien que le SCORE naturel du pomelo ne reconnaisse pas les protéines de choc nucléaire des bactéries des espèces Ralstonia, Erwinia ou Xanthomonas, les chercheurs ont synthétisé une nouvelle version du SCORE qui réagit à toutes ces protéines.

« À court terme, explique M. Shirasu, cette étude fournit un nouveau cadre pour identifier et concevoir des récepteurs immunitaires à partir de plantes non modèles, en particulier les plantes vivaces à longue durée de vie, pour lesquelles les outils génétiques sont limités. »

Le premier auteur, Bruno Pok Man Ngou, a ajouté : « Notre prochain objectif est d'introduire des variants SCORE modifiés dans des espèces végétales importantes sur le plan économique afin de leur conférer une résistance à large spectre contre les agents pathogènes et les ravageurs. Cela offre une approche durable pour améliorer la résilience aux maladies et aux ravageurs dans l'agriculture et contribue à la sécurité alimentaire mondiale. »

_______________

* Source : Synthetic Receptors Could Offer Path to Disease-Resistant Crops