En temps de guerre, les usines se rééquipent pour répondre aux besoins de la bataille. Les chaînes de montage changent de cap, passant de la fabrication de pièces automobiles à des mitrailleuses, ou de la construction de machines à laver à des moteurs d’avion.
Pour entendre le professeur de l’Université Duke, Xinnian Dong, le dire, les usines peuvent également passer d’une production en temps de paix à une production en temps de guerre.
Les cultures et autres plantes sont souvent attaquées par des bactéries, des virus et d’autres agents pathogènes. Lorsqu’une plante détecte une invasion microbienne, elle modifie radicalement la soupe chimique de protéines – les molécules de la vie – à l’intérieur de ses cellules.
Ces dernières années, Dong et son équipe ont reconstitué leur façon de procéder. Dans une nouvelle étude publiée dans la revue CelluleDong et le premier auteur Jinlong Wang révèlent les composants clés des cellules végétales qui reprogramment leur machinerie de fabrication de protéines pour combattre les maladies.
Chaque année, environ 15% du rendement des cultures est perdu aux maladies bactériennes et fongiques, coûtant quelque 220 milliards de dollars à l’économie mondiale. Les plantes comptent sur leur système immunitaire pour les aider à riposter, a déclaré Dong.
Contrairement aux animaux, les plantes n’ont pas de cellules immunitaires spécialisées qui peuvent voyager dans le sang jusqu’au site de l’infection. chaque cellule de l’usine doit être capable de se tenir debout et de se battre pour se défendre, passant rapidement en mode combat.
Lorsque les plantes sont attaquées, elles déplacent leurs priorités de la croissance vers la défense, de sorte que les cellules commencent à synthétiser de nouvelles protéines et suppriment la production d’autres. Ensuite, « dans les deux à trois heures, les choses reviennent à la normale », a déclaré Dong.
Les dizaines de milliers de protéines fabriquées dans les cellules remplissent de nombreuses fonctions : catalyser des réactions, servir de messagers chimiques, reconnaître des substances étrangères, faire entrer et sortir des matériaux. Pour construire une protéine spécifique, les instructions génétiques contenues dans l’ADN contenu dans le noyau de la cellule sont transcrites en une molécule messagère appelée ARNm. Ce brin d’ARNm se dirige ensuite vers le cytoplasme, où une structure appelée ribosome « lit » le message et le traduit en une protéine.
Dans une étude de 2017, Dong et son équipe ont découvert que lorsqu’une plante est infectée, certaines molécules d’ARNm sont traduites en protéines plus rapidement que d’autres. Ce que ces molécules d’ARNm ont en commun, les chercheurs ont découvert, est une région à l’extrémité avant du brin d’ARN avec des lettres récurrentes dans son code génétique, où les bases nucléotidiques adénine et guanine se répètent encore et encore.
Dans la nouvelle étude, Dong, Wang et leurs collègues montrent comment cette région fonctionne avec d’autres structures à l’intérieur de la cellule pour activer la production de protéines « en temps de guerre ».
Ils ont montré que lorsque les plantes détectent une attaque pathogène, les panneaux de signalisation moléculaires qui signalent le point de départ habituel pour que les ribosomes atterrissent et lisent l’ARNm sont supprimés, ce qui empêche la cellule de fabriquer ses protéines typiques de « temps de paix ».
Au lieu de cela, les ribosomes contournent le point de départ habituel de la traduction, en utilisant la région des As et G récurrents dans la molécule d’ARN pour l’amarrage et commencent à lire à partir de là.
« Ils prennent essentiellement un raccourci », a déclaré Dong.
Pour les plantes, lutter contre l’infection est un acte d’équilibre, a déclaré Dong. Allouer plus de ressources à la défense signifie moins de ressources disponibles pour la photosynthèse et d’autres activités dans les affaires de la vie. Produire trop de protéines de défense peut créer des dommages collatéraux : les plantes dont le système immunitaire est hyperactif souffrent d’un retard de croissance.
En comprenant comment les plantes parviennent à cet équilibre, a déclaré Dong, les scientifiques espèrent trouver de nouvelles façons de concevoir des cultures résistantes aux maladies sans compromettre le rendement.
L’équipe de Dong a réalisé l’essentiel de ses expériences sur une plante semblable à la moutarde appelée Arabidopsis thaliana. Mais des séquences d’ARNm similaires ont été trouvées dans d’autres organismes, y compris les mouches des fruits, les souris et les humains, de sorte qu’elles peuvent jouer un rôle plus large dans le contrôle de la synthèse des protéines chez les plantes et les animaux, a déclaré Dong.
Jinlong Wang et al, motif riche en PABP / purine en tant que module d’initiation pour la traduction indépendante du capuchon dans l’immunité déclenchée par un motif, Cellule (2022). DOI : 10.1016/j.cell.2022.06.037