Comment les plantes repoussent un monde dangereux d’agents pathogènes
Les plantes du monde, immobiles et enracinées dans un sol qui contient des micro-organismes potentiellement mortels, sont constamment menacées par des agents pathogènes envahissants. Ces dernières années, cependant, les scientifiques ont découvert que les espèces végétales emploient des stratégies immunitaires sophistiquées qui diffèrent – mais partagent également des similitudes avec – les façons dont les humains combattent les infections.
Dans une étude publiée le 26 mai dans la revue Nature, les scientifiques de Yale décrivent un interrupteur moléculaire clé « marche-arrêt » qui permet aux plantes de mobiliser l’immunité face aux agents pathogènes microbiens. Les résultats ont non seulement des implications directes pour la gestion des cultures et peut-être la protection des plantes contre les effets du changement climatique, mais aussi pour une meilleure compréhension du système immunitaire humain.
« Les plantes sont plus liées à nous, à certains égards, que nous ne le pensons généralement », a déclaré l’auteur principal John MacMicking, chercheur au Howard Hughes Medical Institute, membre du Yale’s Systems Biology Institute au West Campus et professeur agrégé de pathogenèse microbienne et d’immunobiologie. à la faculté de médecine de Yale. « Par exemple, ils ont de nombreuses familles de gènes immunitaires innés qui sont similaires à la nôtre, et historiquement, les plantes ont été utilisées pour établir les principes fondamentaux des défenses de l’hôte et de la tolérance aux maladies. »
Contrairement aux humains, les plantes n’ont pas de système immunitaire adaptatif qui «se souvient» des agents pathogènes spécifiques et organise ensuite une défense sur mesure. Dans l’étude, MacMicking et ses collègues ont exploré les programmes sophistiqués de défense autonome des cellules que les plantes utilisent contre les agents pathogènes. Il s’avère que ce qui leur manque en anticorps adaptés, ils le compensent en élargissant considérablement leur répertoire de réponses immunitaires innées, qui constituent une défense plus généralisée contre toutes les infections.
Par exemple, l’une de ces stratégies implique des protéines immunitaires innées qui se transforment en un état «semblable à un gel» afin de déclencher des réponses immunitaires. Ce processus – appelé séparation de phase liquide-liquide – permet de concentrer les activités biologiques dans des compartiments sans membrane à l’intérieur des cellules. L’équipe de Yale a découvert que les protéines immunitaires végétales, connues sous le nom de GTPases de type guanylate-binding protein (GBPL), créent des compartiments de type liquide dans le noyau qui créent une concentration de protéines qui stimulent l’activité des gènes de défense de l’hôte pendant l’infection. Ce compartiment à phases séparées exclut également les protéines inhibitrices à l’extérieur du noyau dans le cadre d’un commutateur « on-off » spatialement séparé.
La séparation de phase liquide-liquide est une nouvelle frontière pour comprendre comment les cellules compartimentent leurs activités biologiques, a déclaré MacMicking.
« Tous les organismes, des bactéries unicellulaires aux plantes en passant par les humains, défendent leur génome contre les menaces extérieures », a déclaré MacMicking. «La séparation de phase peut être un mécanisme évolutif omniprésent pour organiser ces activités de défense dans le cadre de la réponse immunitaire autonome des cellules.»
Shuai Huang de Yale est l’auteur principal de l’étude, qui a été principalement financée par HHMI et NIH NIAID. D’autres auteurs incluent Shiwei Zhu et Pradeep Kumar, également au Yale Systems Biology Institute.