Un agent pathogène détourne le programme de maturation des fruits chez les agrumes
Ces résultats ouvrent la voie à de nouvelles approches dans la lutte contre le chancre des agrumes
Le pathogène bactérien Xanthomonas citri, qui cause la maladie du chancre chez les agrumes, active des parties sélectionnées du programme de maturation des fruits à l'intérieur des feuilles infectées. Normalement, ce programme permet aux agrumes de se ramollir et de se sucrer à mesure que les sucres sont libérés. Mais la bactérie détourne cette machinerie spécifique aux fruits dans les tissus foliaires infectés, amenant l'hôte à libérer des sucres qui, autrement, ne seraient pas accessibles à Xanthomonas en tant que source de nutriments. L'agent pathogène peut ainsi se développer jusqu'à cent fois plus vite. La stratégie sophistiquée utilisée par la bactérie Xanthomonas pour infecter les agrumes a été découverte par une équipe de recherche internationale dirigée par le professeur Thomas Lahaye au Centre de biologie moléculaire des plantes de l'université de Tübingen. Cette étude permet de mieux comprendre comment les pathogènes microbiens détournent les programmes de développement de la plante hôte pour accéder à des nutriments autrement inaccessibles. Ces résultats ouvrent la voie à de nouvelles approches pour lutter contre le chancre des agrumes ; ils viennent d'être publiés dans la revue Science.
Dans la culture des agrumes tels que les citrons, les oranges et les mandarines, le chancre des agrumes est l'une des maladies végétales les plus importantes d'un point de vue économique. L'infection par Xanthomonas citri provoque l'apparition de taches brunes et de pustules remplies de liquide sur les feuilles et les fruits des agrumes, ressemblant à de petits ulcères, d'où le nom de chancre des agrumes. Les plantes perdent prématurément les feuilles et les fruits infectés, ce qui entraîne des pertes de rendement importantes. "On savait que de nombreux agents pathogènes, dont la bactérie Xanthomonas, ciblent les sucres liés à la paroi cellulaire des plantes", explique le Dr Trang Phan du Centre de biologie moléculaire des plantes de l'université de Tübingen, premier auteur de l'étude. "Nous nous sommes intéressés aux astuces utilisées par ces minuscules bactéries pour extraire les nutriments des parois cellulaires des plantes, car ces parois représentent une barrière de protection presque insurmontable pour de nombreux agents pathogènes."
Un petit investissement pour de grands résultats
"La bactérie Xanthomonas citri utilise un complexe protéique en forme de seringue pour injecter diverses pro-téines effectrices dans les cellules végétales. Ces protéines bactériennes manipulent spécifiquement les processus cellulaires des cellules hôtes pour favoriser l'infection", explique Thomas Lahaye. "Nous avons étudié une protéine effectrice particulièrement importante qui emprunte les voies de transport internes de l'hôte pour pénétrer dans le noyau cellulaire - le centre de contrôle de la cellule hôte - afin de comprendre comment elle y favorise l'infection". Une fois dans le noyau, l'effecteur bactérien active la production d'un régulateur végétal qui déclenche un programme de maturation dont les composants ne sont normalement produits que dans les fruits. "Comme la bactérie oblige l'hôte à exécuter ce programme de maturation spécifique aux fruits dans les feuilles, les sucres liés à la paroi cellulaire sont libérés directement dans la zone où la bactérie se développe - un avantage nutritionnel évident qui accélère la croissance de la bactérie", explique Lahaye.
Trang Phan et son coauteur, le Dr Jan Grau, de l'Institut d'informatique de l'université de Halle-Wittenberg, ont évalué conjointement les nombreuses données du projet, en particulier les ensembles de données de séquençage, à l'aide de la bio-informatique. Une comparaison des gènes activés dans les feuilles d'agrumes infectées (programme natif) et dans les fruits en cours de maturation (programme détourné) a révélé des similitudes frappantes entre les deux ensembles de gènes. Ces parallèles ont montré que le programme déclenché par la bactérie dans les feuilles imite essentiellement le programme naturel de maturation des fruits. Sur la base de cette observation, l'équipe a montré que la protéine de contrôle des agrumes - et son homologue de la tomate - activent des programmes de maturation structurés de manière similaire dans la tomate et les agrumes. "En produisant des protéines effectrices qui reprogramment les processus de développement de l'hôte à leur avantage, les bactéries sont capables d'utiliser de grandes quantités de sucres liés à la paroi cellulaire avec peu d'efforts", explique Trang Phan.
Conseils pratiques pour la culture des agrumes
Ces informations détaillées sur le déroulement de l'infection des agrumes par Xanthomonas citri et sur la régulation de la maturation des fruits fournissent à l'équipe de recherche de nouvelles pistes pour le développement de plantes résistantes aux parasites. "Alors que notre recherche visait à clarifier la manière dont le pathogène manipule l'hôte, nous avons également acquis de nouvelles connaissances sur la manière dont les plantes orchestrent le mûrissement des fruits. Ces connaissances pourraient désormais servir de base à l'utilisation de méthodes de modification génétique standard pour affiner le processus de maturation. À l'avenir, nos découvertes pourraient permettre d'ajuster la fermeté et le goût sucré des tomates et des agrumes", explique M. Lahaye.
"La recherche fondamentale fournit constamment des informations concrètes pour des applications qui peuvent résoudre des problèmes mondiaux. Nos chercheurs apportent une contribution importante à cet égard", déclare le professeur Karla Pollmann, présidente de l'université de Tübingen.
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Publication originale
Trang Thi-Thu Phan, Rodrigo Silva Araujo Streit, Gerald V. Minsavage, Joachim Kilian, Paloma de los Angeles Aguilera, Nan Wang, Nicolas Brich,... Mario Tyago Murakami, Chang Liu, Jan Grau, Thomas Lahaye: Xanthomonas coordinates type III–type II effector synergy by activating fruit ripe-ning pathway. Science
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