Cette innovation biotechnologique pourra-t-elle mettre un terme à la progression destructrice d'un « tueur de céréales » ?
« Nous avons découvert quelque chose qui pourrait déboucher sur une solution potentielle contre ce qui est la pire maladie fongique des céréales. »
Une collaboration de recherche menée par le Royaume-Uni a franchi une étape importante dans l’effort mondial visant à protéger les cultures céréalières contre l’agent pathogène fongique dévastateur responsable de la rouille des céréales.
Des chercheurs du John Innes Centre ont étudié une classe de récepteurs de défense végétale récemment découverte, démontrant au niveau moléculaire comment ceux-ci agissent pour limiter les attaques de l’agent pathogène responsable de la rouille et comment ils pourraient être modifiés par bio-ingénierie afin de conférer une immunité plus large et plus durable au blé, à l’orge et au riz.
« Nous avons découvert quelque chose qui pourrait déboucher sur une intervention potentielle contre ce qui est la pire maladie fongique des céréales », a déclaré le professeur Mark Banfield, chef de groupe au John Innes Centre et auteur de l'étude menée en collaboration avec des chercheurs de l'université de Kobe, au Japon.
Le champignon responsable de la pyriculariose, Magnaporthe oryzae, est la maladie la plus grave qui touche le riz cultivé ; il s’est propagé au blé et à l’orge dans certaines régions d’Asie et d’Afrique, ce qui signifie que des solutions innovantes pour le prévenir sont essentielles à la sécurité alimentaire mondiale.
Pour infecter les plantes, des agents pathogènes tels que Magnaporthe oryzae injectent des effecteurs dans les cellules des feuilles et des tiges afin de manipuler l’hôte et de favoriser la maladie.
Les plantes possèdent des récepteurs qui reconnaissent ces effecteurs comme des molécules étrangères et déclenchent une réponse immunitaire provoquant une mort cellulaire localisée, afin de limiter la propagation intracellulaire de l’agent pathogène dans toute la plante.
Depuis plus de 30 ans, un nombre considérable de recherches s’est concentré sur une classe de récepteurs immunitaires appelés récepteurs de liaison aux nucléotides et riches en leucine (NLR), qui ont été à l’avant-garde de notre compréhension de la réponse immunitaire des plantes à la pyriculariose et à d’autres maladies.
Ces dernières années, les études se sont de plus en plus concentrées sur une nouvelle classe de récepteurs immunitaires intracellulaires découverts dans les céréales, appelés protéines kinases en tandem (TKP).
Des recherches antérieures ont montré que les TKP peuvent contenir un domaine HMA (Heavy Metal Associated) intégré, une caractéristique que l’on retrouve également chez certains récepteurs NLR et dont l’importance a été démontrée pour la reconnaissance des effecteurs et le déclenchement d’une réponse immunitaire.
« Cela a éveillé notre intérêt », a déclaré le professeur Banfield. « Si nous parvenons à modifier génétiquement ces domaines HMA intégrés pour leur conférer de nouvelles propriétés, en effectuant des modifications au niveau des acides aminés des protéines aux sites de liaison des effecteurs, nous pourrons obtenir ce que nous appelons de nouvelles spécificités de reconnaissance – et potentiellement une nouvelle ligne de front pour la défense des plantes contre les maladies. »
Dans cette étude, publiée dans *Science Advances*, le groupe a eu recours à l’analyse biophysique et à la cristallographie pour mettre en évidence, à haute résolution, l’interaction structurelle entre les domaines HMA et les effecteurs de l’agent pathogène responsable de la brûlure du blé.
Ils montrent comment les domaines HMA jouent un rôle essentiel dans les TKP en agissant comme des appâts biologiques pour attirer les effecteurs pathogènes.
Grâce à ces connaissances structurales, ils ont réussi à modifier génétiquement des récepteurs immunitaires TKP afin qu’ils présentent une double spécificité : ils se lient aux effecteurs associés à l’infection du blé et de l’orge, ce qui est rare dans la nature.
En démontrant que les TKP se prêtaient à des approches de bio-ingénierie, cette étude ouvre la voie à de nouvelles recherches sur de nombreux TKP récemment découverts dans diverses cultures céréalières, avec la possibilité de concevoir sur mesure de nouveaux récepteurs de résistance aux maladies capables de répondre simultanément à plusieurs effecteurs.
Ces expériences de validation de principe ont utilisé des protoplastes, c’est-à-dire des cellules individuelles de blé, en tant que substituts du tissu végétal entier. La prochaine étape pour ce groupe consiste à transposer ces résultats, obtenus à partir de tests sur substituts, à des plantes cultivées en serre.
« Notre étude indique que cette nouvelle classe de protéines de résistance se prête à des applications de génie génétique. Nous savons désormais que les outils que nous utilisions auparavant pour la modification des récepteurs NLR pourraient également fonctionner avec cette nouvelle classe », a déclaré le Dr Daniel Yu, premier auteur de l’étude.
La compréhension fondamentale de la liaison effecteur-récepteur pourrait être enrichie par d’autres technologies, telles que la sélection de précision et les approches d’intelligence artificielle, qui peuvent aider à introduire de nouvelles spécificités dans les domaines HMA par bio-ingénierie.
« Nous pensons que ces deux classes de récepteurs immunitaires, les NLR et les TKP, sont probablement activées de manière différente », a déclaré le professeur Banfield. « Cela offre la possibilité d’une immunité plus robuste en plein champ, car on ne met pas tous ses œufs dans le même panier. À terme, nous pourrions être en mesure d’utiliser des techniques permettant de cumuler des gènes codant pour les TKP et les NLR contre une même maladie, créant ainsi une culture ultra-résistante. Comme ces récepteurs activent l’immunité de différentes manières, il sera probablement plus difficile pour un agent pathogène de développer une résistance », a-t-il ajouté.
Chaque année, la rouille détruit suffisamment de riz pour nourrir 60 millions de personnes. Dans le blé, le champignon responsable de la rouille a été découvert pour la première fois au Brésil dans les années 1980 et s’est depuis propagé en Asie et en Afrique. Il n’est pas présent au Royaume-Uni, mais le changement climatique signifie qu’il pourrait à terme constituer une menace pour la production céréalière en Europe du Nord.
La conception de récepteurs immunitaires à kinase en tandem chez les plantes élargit les profils de reconnaissance des effecteurs, selon un article publié dans *Science Advances*
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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