Démêler le transport sélectif du sucre et d’une hormone qui sous-tend la fertilité masculine chez les plantes

Des chercheurs de l’Université de Nagoya, au Japon, ont découvert un mécanisme de transport sélectif du sucre et des hormones dans les plantes. Les résultats précisent également que le transport du sucre est nécessaire à la fertilité mâle des plantes, ce qui signifie la production de pollen. Les conclusions ont été publiées dans Actes de l’Académie nationale des sciences.

Les transporteurs sont des protéines qui existent sur les membranes cellulaires. Chaque transporteur se lie à un substrat et le transporte à travers la membrane cellulaire. Certains transporteurs transportent la nutrition, tandis que d’autres transportent des molécules qui, par exemple, aident les cellules à communiquer entre elles. Une classe de transporteurs trouvés à la fois dans les plantes et les animaux est le transporteur de sucres qui sera éventuellement exporté (SWEET). SWEET distribue du sucre, comme le saccharose, dans les plantes. Une fois que le SWEET se lie au saccharose, il se déplace à travers la plante, le distribuant afin que la plante puisse se nourrir et se développer. Ici, le saccharose, qui est transporté par le transporteur, est appelé substrat.

Surtout, SWEET a plus d’un substrat. Par exemple, certains types de SWEET dans les plantes Arabidopsis transportent également une hormone appelée gibbérelline (GA), qui contrôle la croissance et la reproduction des plantes. Ces types de SWEET ont la capacité de transporter le saccharose et le GA, mais la pertinence physiologique de leurs activités de transport respectives n’est pas comprise. Le saccharose et le GA sont tous deux essentiels à la croissance et au développement des plantes, et chacun a une structure unique.

« Comment SWEET peut se lier à ces deux structures différentes, et comment SWEET sélectionne pour transporter le saccharose ou l’AG, n’était pas clair », a déclaré le Dr Masayoshi Nakamura, professeur agrégé désigné à l’Institut des biomolécules transformatrices (WPI-ITbM) à l’Université de Nagoya.

De plus, lorsque certains types de SWEET sont mutés dans les plantes, la plante devient mâle stérile, ce qui signifie qu’elle ne peut pas produire de pollen. Cependant, les raisons de cette stérilité n’étaient pas claires. Cela peut être dû à un manque de transport de saccharose, à un manque de transport de GA, ou aux deux. Pour examiner ces questions, une équipe de recherche dirigée par le Dr Nakamura a combiné la simulation dynamique moléculaire avec des méthodologies génétiques classiques. Dans leurs expériences, ils se sont concentrés sur un type de SWEET appelé SWEET13, qui est connu pour transporter à la fois le saccharose et l’AG, et qui est également nécessaire à la fertilité masculine.

Pour comprendre comment le saccharose et le GA se lient à SWEET et sont transportés par celui-ci, ils ont d’abord réalisé une technique appelée simulation dynamique moléculaire. Cette technique a simulé un amarrage entre SWEET13 et le saccharose, et un amarrage entre SWEET13 et GA, basé sur leurs structures. À l’aide de ces simulations informatiques, les chercheurs ont prédit les acides aminés de SWEET13 qui reconnaissent le saccharose et l’AG.

Par la suite, à l’aide de cultures cellulaires, ils ont confirmé si ces acides aminés étaient nécessaires aux activités de transport du saccharose et des GA de SWEET13. Un site particulier de SWEET13 avec un acide aminé appelé asparagine et sérine était important pour les activités de transport du saccharose et de l’AG, respectivement.

Ensuite, pour clarifier comment la stérilité masculine s’est produite, les chercheurs ont remplacé l’un des acides aminés susmentionnés, générant SWEET qui ne transporte que du saccharose et SWEET qui ne transporte que du GA. Avec SWEET qui ne transporte que du saccharose mais pas de GA, la plante produit des pollens. Cependant, avec SWEET qui ne transporte que du GA mais pas de saccharose, la plante n’a pas réussi à produire de pollens. Ces résultats signifient que c’est le transport de saccharose par SWEET, et non GA, qui est nécessaire à la production de pollen.

« En combinant l’amarrage moléculaire, la simulation de la dynamique moléculaire et les méthodologies génétiques, nous avons testé avec succès la sélectivité des substrats [i.e., sucrose and GA] séparément », a déclaré le Dr Nakamura. En outre, il existe d’autres transporteurs que SWEET qui transportent plusieurs substrats différents. « Nos méthodologies peuvent examiner d’autres transporteurs et substrats, ce qui ferait avancer la recherche sur les transporteurs », a-t-il déclaré.

Mieux comprendre le transport des sucres et des hormones dans les plantes pourrait conduire à des méthodes agricoles améliorées, plus efficaces et durables que les pratiques actuelles.