De nouveaux travaux dirigés par Zhiyong Wang de Carnegie démêlent un processus de signalisation cellulaire complexe qui sous-tend la capacité des plantes à équilibrer la dépense d’énergie pour la croissance et à se défendre contre les agents pathogènes. Ces conclusions, publiées dans Plantes naturellesmontrent comment les plantes utilisent des circuits cellulaires complexes pour traiter l’information et répondre aux menaces et aux conditions environnementales.
« Les plantes n’ont pas de cerveau comme nous, et elles peuvent être fixées sur place et incapables de fuir les prédateurs ou les agents pathogènes, mais ne vous inquiétez pas pour elles, car elles ont développé un incroyable réseau de circuits de traitement de l’information qui permettent qu’ils « prennent des décisions » en réponse aux situations dans lesquelles ils se trouvent », a expliqué Wang.
En plaisantant, a-t-il ajouté, « une plante ne chantera jamais » Si seulement j’avais un cerveau « , car elle a développé cette merveille de prise de décision réactive à la place. »
Les plantes supérieures placent des centaines de capteurs hautement spécialisés, appelés récepteurs kinases, sur leurs surfaces cellulaires pour surveiller l’environnement et communiquer entre les cellules. Le laboratoire de Wang travaille à élucider les circuits moléculaires qui relient ces capteurs à des réponses cellulaires spécifiques, telles que la croissance et l’immunité. Améliorer notre compréhension de la façon dont les plantes prennent des décisions cellulaires peut sous-tendre les interventions technologiques pour améliorer les rendements agricoles face au réchauffement de la planète.
Dans cet ouvrage en cours, publié dans Plantes naturelles, l’équipe de Wang a découvert que deux de ces capteurs utilisent un système d’étiquettes moléculaires différentes impliquant une protéine partagée entre leurs circuits de communication respectifs. Cette découverte relie les boucles de croissance et de réponse immunitaire, faisant progresser notre compréhension de la façon dont les plantes prennent leurs décisions les plus importantes.
Lorsqu’une plante détecte une menace, elle doit activer des chaînes de communication qui déclenchent l’alarme et lui disent de combattre l’agent pathogène. Il existe deux principaux types de mécanismes de détection des menaces dans les cellules végétales : la capacité à reconnaître des schémas chimiques distinctifs qui indiquent un envahisseur, tels que les composants d’une cellule bactérienne, et la capacité à reconnaître une perturbation causée par un agent pathogène envahissant.
Wang et ses collaborateurs de recherche, dont Chan Ho Park de Carnegie (l’auteur principal), Yang Bi, Nicole Xu, Ruben Shrestha et Shouling Xu, ainsi que Jung-gun Kim et Mary Beth Mudgett de l’Université de Stanford et leurs collègues de l’Université Chung-Ang, L’Université de Hanyang et l’UC de San Francisco ont retracé le rôle d’une enzyme dans les voies de signalisation biochimiques pour les deux types de reconnaissance des menaces.
Appelé BSU1, les chercheurs ont démontré qu’il joue des rôles clés, mais distincts, dans deux voies : l’une qui favorise la croissance et l’autre qui déclenche le système d’alarme de menace de la plante.
Une voie implique un récepteur pour un membre d’une classe d’hormones végétales appelées brassinostéroïdes – que Wang a étudié en profondeur et qui sont essentiels à la croissance et au développement des plantes, à la germination des graines et à la fertilité. L’autre voie fonctionne à travers des récepteurs de reconnaissance de formes qui se spécialisent dans la détection de la queue mobile d’un envahisseur bactérien.
Ces deux voies impliquent des capteurs de surface cellulaire qui, lorsqu’ils sont activés par des signaux externes, marquent chimiquement différentes protéines pour activer ou désactiver leur comportement, transmettant des informations le long d’une chaîne d’interactions.
Les chercheurs ont été surpris de découvrir que BSU1 s’engage dans deux chaînes d’interaction entièrement distinctes. Dans la voie des brassinostéroïdes, BSU1 est impliqué dans les fonctions de croissance et de développement de l’hormone. Dans la voie de reconnaissance des formes, BSU1 est impliqué dans l’activation de l’immunité lors de la détection d’une menace. BSU1 traduit les codes des différents capteurs en utilisant différents segments de sa structure pour accepter l’étiquette chimique, chaque emplacement représentant un message différent.
Pris ensemble, ces résultats démontrent la complexité interconnectée de la croissance et de la réponse immunitaire. De plus, ils sont une révélation étonnante de la façon dont les plantes captent l’information, la traitent par des circuits biochimiques qui imitent un langage informatique binaire et réagissent aux conditions environnementales pour améliorer leurs chances de survie.
« Notre travail démontre comment une protéine comme BSU1 peut agir comme une puce informatique dans le traitement d’informations complexes », a conclu Wang. « Alors que nous nous préparons à un monde dans lequel le changement climatique augmente le stress sur les cultures vivrières et les biocarburants importants, il est essentiel que nous comprenions comment les plantes détectent et réagissent aux menaces externes. »
Chan Ho Park et al, Déconvolution des signaux en aval de la croissance et des kinases des récepteurs immunitaires par les phosphocodes des phosphatases de la famille BSU1, Plantes naturelles (2022). DOI : 10.1038/s41477-022-01167-1