Des chercheurs de l’Université d’État du Michigan ont découvert deux protéines qui travaillent ensemble pour déterminer le sort des cellules des plantes confrontées à certains stress.
Ironiquement, une découverte clé de cette découverte, publiée récemment dans Nature Communicationsa été réalisé juste au moment où le chef du projet s’apprêtait à se détendre.
La chercheuse postdoctorale Noelia Pastor-Cantizano était en bus en direction de l’aéroport pour prendre l’avion pour les vacances, lorsqu’elle a décidé de partager un résultat prometteur qu’elle avait contribué à recueillir la veille.
« Je ne voulais pas attendre dix jours avant de revenir pour l’envoyer. Il m’a fallu presque deux ans pour y arriver », a déclaré Pastor-Cantizano, qui travaillait alors dans le laboratoire Brandizzi du laboratoire de recherche sur les plantes du MSU-DOE, ou PRL.
« C’est ce dont je me souviens à ce moment-là », a déclaré Pastor-Cantizano. « Je me disais : « Je peux me détendre maintenant, au moins pendant une semaine ».
Pastor-Cantizano travaillait à l’identification d’un gène dans la plante modèle Arabidopsis qui pourrait contrôler la réponse de la plante aux facteurs de stress, ce qui peut conduire à la mort de la plante. Elle et ses collaborateurs ont identifié une protéine dans Arabidopsis qui semblait contrôler la survie ou la mort d’une plante dans des conditions de stress.
L’identification du gène n’était que le début de l’histoire, même si des années avaient déjà passé avant que les chercheurs ne parviennent à cette nouvelle étude. Il a fallu attendre cinq années supplémentaires pour en arriver à cette nouvelle étude.
Les chercheurs ont découvert que les protéines BON-associated protein 2, ou BAP2, et l’enzyme 1 nécessitant de l’inositol, ou IRE1, travaillent ensemble pour faire face aux conditions de stress, une question de vie ou de mort pour les cellules végétales.
Comprendre le fonctionnement de ces protéines peut aider les chercheurs à créer des plantes plus résistantes aux conditions de mort.
La création de plantes plus résistantes au stress du réticulum endoplasmique (ou stress du RE) a de vastes implications en agriculture. Si les cultures peuvent être rendues plus résistantes face à des conditions de sécheresse ou de chaleur, les plantes ont de meilleures chances de survivre et de prospérer, malgré le changement climatique.
« Les recherches menées dans notre laboratoire sont alimentées par l’enthousiasme et la gratitude de pouvoir apporter d’importantes contributions à la science », a déclaré Federica Brandizzi, professeure de la MSU Research Foundation au département de biologie végétale et au PRL. « Le travail a été herculéen et n’a été possible que grâce à la patience, à l’enthousiasme et au dévouement d’une merveilleuse équipe. Noelia a été tout simplement fantastique. »
Travailler en tandem
Au sein des cellules eucaryotes se trouve un organite appelé réticulum endoplasmique, ou ER. Il crée des protéines et les plie dans des formes que la cellule peut utiliser. Comme pour couper des légumes pour les utiliser dans une recette, les protéines doivent être façonnées dans la bonne forme avant de pouvoir être utilisées.
La production et la capacité de repliement des protéines doivent être en équilibre, comme un sous-chef et un chef travaillant en tandem. Si le sous-chef fournit au chef trop ou trop peu d’ingrédients, cela perturbe l’équilibre dans la cuisine.
Lorsque le RE ne peut pas faire correctement son travail ou que l’équilibre est rompu, il entre dans un état appelé stress du RE. La cellule déclenche un mécanisme connu sous le nom de réponse protéique dépliée, ou UPR, pour décider de la suite des opérations. Si le problème peut être résolu, la cellule prend des mesures pour sauver la vie de la plante. Si ce n’est pas le cas, la cellule commence à s’éteindre, mettant fin à sa vie et potentiellement à celle de la plante.
On savait que l’enzyme IRE1 était responsable de la direction des mécanismes qui pouvaient soit sauver la cellule, soit la tuer.
Mais qu’est-ce qui pousse IRE1 à agir ?
Dans cette étude, les chercheurs du laboratoire Brandizzi recherchaient le régulateur principal de ces processus de mort cellulaire programmée.
« J’ai eu cette idée parce que j’ai lu que le syndrome du côlon irritable était lié à une mutation d’un gène contrôlé par IRE1 qui se produit chez les humains », a déclaré Brandizzi. « Les humains sont divers, tout comme les plantes. J’ai donc pensé à étudier la diversité des plantes comme source de nouvelles découvertes importantes dans le cadre de l’UPR. »
Les chercheurs ont commencé par examiner des centaines d’accessions, c’est-à-dire des plantes de la même espèce mais spécifiques à un lieu. Par exemple, une plante qui pousse en Colombie aura des variations génétiques par rapport à la même espèce de plante qui pousse en Espagne, et la façon dont elles réagissent aux conditions de stress pourrait différer.
Ils ont constaté une variation importante de la réponse au stress du RE entre les différentes accessions. En prenant les accessions dont les réponses étaient les plus différentes, ils ont essayé d’identifier les différences dans leurs génomes. C’est là qu’entre en jeu le gène candidat BAP2.
« Nous avons découvert que BAP2 réagit au stress du RE », explique Pastor-Cantizano, actuellement postdoctorant à l’Université de Valence. « Et ce qui est intéressant, c’est qu’il est capable de contrôler et de modifier l’activité d’IRE1. Mais IRE1 est également capable de réguler l’expression de BAP2. »
BAP2 et IRE1 travaillent ensemble, se signalant mutuellement la meilleure ligne de conduite à adopter pour la cellule. La présence de l’un sans l’autre entraîne la mort de la plante lorsque l’homéostasie du RE est déséquilibrée.
Sept ans
Du début à la fin, ce projet a nécessité plus de sept années de travail acharné.
Jour après jour, les chercheurs passaient leur temps à placer péniblement des graines dans des assiettes contenant un milieu dans lequel elles pouvaient pousser. Les graines d’Arabidopsis ne sont pas beaucoup plus grosses que des grains de sable à leur plus petite taille, il s’agissait donc d’un travail délicat qui demandait du temps et de l’attention.
Les chercheurs ont ensuite passé plusieurs mois supplémentaires avec ces plantes, en observant les descendants des accessions et en identifiant le fonctionnement du gène BAP2 au sein des plantes. Cela a pris encore quelques années.
« Le chemin a été long et semé d’embûches, mais cela en valait la peine », a déclaré Pastor-Cantizano. « Lorsque j’ai commencé ce projet, je ne pouvais pas imaginer comment il finirait. »
Plus d’information:
Noelia Pastor-Cantizano et al, Le régulateur de mort cellulaire programmée BAP2 est nécessaire à la réponse protéique dépliée médiée par IRE1 chez Arabidopsis, Nature Communications (2024). DOI : 10.1038/s41467-024-50105-6