cuscute, une plante parasite qui cause chaque année des dommages importants aux cultures aux États-Unis et dans le monde, peut faire taire l'expression des gènes dans les plantes hôtes à partir desquelles il obtient de l'eau et des nutriments. Cette régulation génétique interspécifique, qui comprend des gènes qui contribuent à la défense de la plante hôte contre les parasites, n'a jamais été vu auparavant à partir d'une plante parasite. La compréhension de ce système pourrait fournir aux chercheurs une méthode pour concevoir des plantes résistantes au parasite. Un article décrivant les recherches d'une équipe comprenant des scientifiques de Penn State et de Virginia Tech paraît le 4 janvier. 2018 dans la revue La nature .

« La cuscute est un parasite obligatoire, ce qui signifie qu'il ne peut pas vivre seul, " a déclaré Michael J. Axtell, professeur de biologie à Penn State et auteur de l'article. "Contrairement à la plupart des plantes qui tirent leur énergie de la photosynthèse, la cuscute siphonne l'eau et les nutriments des autres plantes en se connectant au système vasculaire hôte à l'aide de structures appelées haustoria. Nous avons pu montrer que, en plus des nutriments qui entrent dans la cuscute de la plante hôte à travers la haustoria, la cuscute transmet des microARN à sa plante hôte qui régulent l'expression des gènes de l'hôte de manière très directe. »

Les microARN sont de très petits morceaux d'acide nucléique (le matériel de l'ADN et de l'ARN) qui peuvent se lier aux ARN messagers qui codent pour les protéines. Cette liaison du microARN à l'ARN messager empêche la fabrication de la protéine, soit en bloquant le processus directement, soit en déclenchant d'autres protéines qui coupent l'ARN messager en morceaux plus petits. Surtout, les petits restes de l'ARN messager peuvent alors fonctionner comme des microARN supplémentaires, se lier à d'autres copies de l'ARN messager, provoquant un plus grand silençage génique.

« La cuscute semble activer l'expression de ces microARN lorsqu'elle entre en contact avec la plante hôte, " a déclaré James H. Westwood, professeur de phytopathologie, physiologie, et la science des mauvaises herbes à Virginia Tech et un autre auteur de l'article. "Ce qui était vraiment intéressant, c'est que les microARN ciblent spécifiquement les gènes de l'hôte impliqués dans la défense de la plante contre le parasite."

Lorsqu'une plante est attaquée par un parasite, elle déclenche un certain nombre de mécanismes de défense. Dans l'un de ces mécanismes, semblable à la coagulation du sang après une coupure, les plantes produisent une protéine qui coagule le flux de nutriments vers le site du parasite. Le microARN de la cuscute cible l'ARN messager qui code pour cette protéine, ce qui aide ensuite à maintenir une libre circulation des nutriments vers le parasite. Le gène qui code pour cette protéine de coagulation a une séquence très similaire chez de nombreuses espèces végétales, et les chercheurs ont montré que le microARN de la cuscute cible les régions de la séquence génétique les plus conservées chez les plantes. À cause de ce, la cuscute peut probablement faire taire cette protéine de coagulation, et donc parasiter, une grande variété d'espèces végétales.

Les chercheurs ont séquencé tous les microARN dans les tissus du parasite seul, la plante hôte seule, et une combinaison de deux. En comparant les données de séquençage de ces trois sources, ils ont pu identifier des microARN de cuscute qui avaient pénétré dans le tissu végétal. Ils ont ensuite mesuré la quantité d'ARN messager des gènes ciblés par les microARN de cuscute et ont constaté que le niveau d'ARN messager de l'hôte était réduit lorsque les microARN de cuscute étaient présents.

"Avec les exemples précédents de petit échange d'ARN entre les champignons et les plantes, nos résultats impliquent que cette régulation génétique interspécifique pourrait être plus répandue dans d'autres interactions plante-parasite, " dit Axtell. " Alors, avec cette connaissance, le rêve est que nous puissions éventuellement utiliser la technologie d'édition de gènes pour modifier les sites cibles des microARN dans les plantes hôtes, empêchant les microARN de se lier et de faire taire ces gènes. La résistance technique au parasite de cette manière pourrait réduire l'impact économique du parasite sur les plantes cultivées. »