La récente publication dans la revue scientifique Nature, des derniers travaux sur les mécanismes impliqués dans la résistance du maïs à la sécheresse, nous fournit de nouveaux éclaircissements sur cette avancée en sciences du végétal. Nous avions en effet déjà abordé ce thème de recherche dans un précédent bulletin [1] en présentant les travaux des équipes de chercheurs du Scripps Research Institute et de l’University of California (UC) de San Diego.
Ici, nous insisterons sur la dimension internationale de ces travaux de recherche, des résultats obtenus et de leurs retombées. En effet, des chercheurs du Van Andel Research Institute (VARI), à Grand Rapids, Michigan ont travaillé avec des spécialistes en biologie végétale d’autres institutions internationales pour valider leurs données, incluant le National Center for Plant Gene Research à Beijing en Chine, le Department of Botany and Plant Sciences de l’Université de Californie à Riverside, le Center for Plant Stress Genomics and Technologie de l’Université de sciences et technologie du roi Abdullah à Thuwal en Arabie Saoudite et le Department of Biochemistry du Medical College du Wisconsin.
On notera ici l’originalité de la collaboration de laboratoires de recherche en sciences du végétal et en génétique avec des chercheurs en sciences médicales, annonçant des applications multidisciplinaires de ces travaux. Le Van Andel Institute (VAI) est un organisme de recherche et d’enseignement indépendant, dont l’objectif est de préserver, améliorer et étendre les frontières des sciences médicales et d’atteindre une excellence dans l’enseignement.
Les scientifiques du VARI ont déterminé la structure des récepteurs que les plantes utilisent pour détecter l’ABA, une hormone ubiquitaire qui régule la croissance de la plante, son développement et ses réponses face aux stress environnementaux. La localisation de ces récepteurs et la compréhension de leur mode de fonctionnement avaient échappé aux chercheurs durant ces 50 dernières années. Il s’agit d’éléments indispensables pour comprendre la réponse des plantes lorsqu’elles sont en état de stress dû à des températures extrêmes ou à un manque d’eau.
Ce mécanisme implique quatre types de molécules : la phytohormone l’acide abscissique (ABA), des protéines récepteurs de l’ABA, PYR/PYL/RCAR, appartenant à la famille des protéines START, des protéines phosphatases de type 2C (PP2C) et une protéine kinase SnRK2. Les travaux des chercheurs du laboratoire du VARI, dirigé par le Dr. Xu, en cristallographie aux rayons X ont permis d’identifier les structures cristallines de ces récepteurs de l’ABA ainsi qu’un complexe tertiaire PYL2-ABA-PP2C et de mieux appréhender leur mécanisme de fonctionnement. Le schéma ci-dessous présente la comparaison des mécanismes de signalement de l’ABA en conditions normales et en conditions de stress environnemental de la plante (d’après les résultats des travaux des chercheurs du Plant Science Center du RIKEN au Japon).
En conditions environnementales normales le niveau d’ABA est bas, les PP2C se lient aux SnRK2 et inhibent leurs activité de type kinase. En revanche, en conditions défavorables, la concentration d’ABA augmente, les récepteurs de l’ABA (RCAR/PYR) interagissent avec PP2C inhibant compétitivement son site actif et donc son action. Ces études conformationnelles ont ainsi mis en évidence un mécanisme conservé de type "gate-latch-lock" ou "porte-serrure-clé" qui sous-tend la signalétique de l’ABA.
Par conséquent, en manipulant et en contrôlant les voies signalétiques de l’ABA, les scientifiques pourraient concevoir des plantes pouvant se développer en condition de stress, ou encore réguler la germination des graines. Ces gains quantitatifs et qualitatifs pourraient s’avérer bénéfiques pour les cultures nourricières partout dans le monde. De plus, les principales protéines de détection de l’ABA sont relativement conservées entre les espèces et sont apparentées aux protéines humaines impliquées dans la réponse au stress cellulaire. Les résultats de cette étude pourraient donc avoir des applications dans la recherche sur les maladies dues au stress chez l’homme.
Source :
– VAI researchers find long awaited key to creating drought resistant crops – 03/12/2009 – https://www.eurekalert.org/pub_releases/2009-12/vari-vrf120209.php
– [1] Vers une meilleure compréhension des mécanismes de résistance des plantes à la sécheresse – 30/10/2009 – BE Etats-Unis 182 – https://www.bulletins-electroniques.com/actualites/61018.htm
– Karsten Melcher & al. (2009) A gate-latch-lock mechanism for hormone signalling by abscisic acid receptors. Nature 462, 602-608 (abstract) – https://www.nature.com/nature/journal/v462/n7273/full/nature08613.html
– Flipping the stress tolerance switch – 22/09/2009 – RIKEN – https://www.riken.go.jp/engn/r-world/info/release/press/2009/090922/image/090922.pdf
Pour en savoir plus, contacts :
– Comparaison des mécanismes de signalement de l’ABA en conditions normales et en conditions de stress environnemental de la plante (d’après les résultats des travaux des chercheurs du Plant Science Center du RIKEN au Japon) – https://www.riken.go.jp/engn/r-world/info/release/press/2009/090922/index.html
– Van Andel Institute – https://www.vai.org/
– King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) – Plant Stress Genomics and Technology Research Center – https://www.kaust.edu.sa/research/centers/plant.html?submenuheader=0
– National Center for Plant Gene Research, Beijing, Chine – https://www.ncpgr.cn/
Code brève
ADIT : 61553
Rédacteur :
Magali Muller, [email protected] ; Adèle Martial, [email protected]
