Le peptide LURE, qui est sécrétée par les cellules synergides à l'intérieur de l'ovule agit comme une clé pour se lier à la serrure, qui est le récepteur PRK6 situé à l'extrémité du tube pollinique. Figure tirée et adaptée de la page web de "La naissance de nouvelles espèces végétales", un projet soutenu par le Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas. Crédit :ITbM, Université de Nagoya
La fécondation des plantes à fleurs se produit par la livraison de spermatozoïdes à l'ovule par la croissance précise des tubes polliniques à partir du pollen. Le guidage du tube pollinique joue un rôle crucial dans le contrôle de la croissance des tubes polliniques et un peptide attractif pour tube pollinique LURE est sécrété par les cellules synergides à côté de l'ovule dans l'ovule pour mener à une fécondation réussie. Le LURE est spécifique à chaque espèce végétale et est donc responsable de la fertilisation entre une même espèce.
LURE1 a déjà été identifié dans une plante modèle Arabidopsis thaliana, et il y a eu des rapports sur la présence de récepteurs sur le tube pollinique responsables de la détection de LURE1. Le modèle clé et serrure illustre la relation entre le peptide LURE (ligand) et son récepteur. Jusqu'à maintenant, les chercheurs ne savaient pas à quel récepteur LURE se lie, ou comment il le fait.
Afin d'identifier le récepteur exact sur le tube pollinique du LURE, Tetsuya Higashiyama, professeur à l'université de Nagoya et ses collaborateurs à l'université de Tsinghua, qui ont une expertise en biologie structurale des ligands et récepteurs végétaux, ont effectué des analyses des complexes par cristallographie aux rayons X. L'équipe a examiné la protéine qui se lie au LURE en fabriquant le LURE d'Arabidopsis thaliana et son récepteur protéique par des cultures de cellules d'insectes. Par conséquent, ils ont pu déterminer que LURE se lie spécifiquement à un récepteur protéique appelé PRK6 (pollen receptor-like kinase 6) sur le tube pollinique. Les résultats de cette étude sont rapportés dans Communication Nature .
La structure sur le côté droit montre la distribution des charges à la surface du LURE (le bleu montre les charges positives). Figure reproduite de Zhang, Liu, Nagae et al., 2017, Communication Nature . Crédit :ITbM, Université de Nagoya
L'équipe de recherche a réussi à obtenir et à analyser la structure cristalline du LURE lié au récepteur PRK6. À la suite de leurs analyses, ils ont découvert que LURE est lié en étant inséré entre la région répétée riche en leucine et la région transmembranaire du récepteur PRK6.
LURE est lié à une région proche de la membrane de PRK6. Cette région s'appelle la région de boucle et l'équipe a identifié que l'interaction électrostatique entre la charge positive de LURE et la charge négative sur la région de boucle de PRK6 était significative pour la liaison. En outre, ils ont également pu montrer qu'un pont disulfure se forme dans la région de la boucle PRK6 lors de la liaison de LURE. Ce pont entre les résidus cystéine contribue à la stabilisation de la région de la boucle qui joue un rôle important pour la liaison au LURE.
Des rapports antérieurs ont montré que la liaison entre les peptides et les récepteurs chez les plantes se produit principalement au niveau de la région répétée riche en leucine. Deuxièmement, lorsqu'une molécule de ligand se lie à un récepteur sur la région externe de la cellule, un complexe est généralement formé pour communiquer des signaux à l'intérieur de la cellule. D'autre part, la liaison entre LURE et PRK6 s'est produite à une position différente de ce qui a été rapporté dans les plantes jusqu'à présent, et aucun complexe n'a été formé lors de la liaison. Ce schéma de liaison unique entre LURE et PRK6 semble refléter le mécanisme de contrôle précis de la direction de la croissance du tube pollinique.
Après avoir examiné de plus près la liaison entre LURE et la région de boucle de PRK6, ils ont pu identifier les acides aminés pertinents requis pour la liaison. L'équipe a testé le degré de liaison et le guidage du tube pollinique en commutant les acides aminés, et ont constaté que l'arginine (R83) située dans LURE et l'acide aspartique (D234) dans PRK6 étaient importantes.
Le tube pollinique mutant (en bas), qui a subi une modification d'un acide aminé dans le récepteur PRK6 considéré comme nécessaire pour la liaison au LURE, montre une attraction réduite pour le LURE par rapport au tube pollinique de type sauvage (en haut). L'astérisque indique la position de l'endroit où le LURE a été placé (barre d'échelle =20 m). Figure reproduite de Zhang, Liu, Nagae et al., 2017, Communication Nature . Crédit :ITbM, Université de Nagoya
"Notre laboratoire a travaillé intensivement pour identifier le peptide attractif du tube pollinique LURE et sa protéine réceptrice PRK6, et cette fois, nous avons pu déterminer la structure cristalline du complexe lié au LURE pour prouver que PRK6 est le véritable récepteur du LURE, " dit Higashiyama. " Grâce à son interaction avec le récepteur PRK6, nous avons constaté que LURE est capable de changer la direction de la croissance du tube pollinique vers l'ovule, mais nous ne savons toujours pas comment LURE est capable de contrôler la direction de croissance avec une telle précision, " explique Higashiyama.
"Nous avons démontré que PRK6 a tendance à se concentrer vers le LURE, il se peut donc que lors de la liaison de LURE dans la région de boucle de PRK6, PRK6 modifie son comportement sur l'embout du tube pollinique. En effectuant des observations en temps réel des activités moléculaires de LURE et PRK6 à la surface des tubes polliniques, nous espérons comprendre le mécanisme exact de guidage du tube pollinique."
Le peptide LURE et le récepteur PRK6 agissent comme une clé et un verrou, qui est spécifique à chaque espèce végétale. Higashiyama et son groupe envisagent que ce travail aidera à révéler pourquoi le guidage du tube pollinique est réussi entre les mêmes espèces et est difficile entre différentes espèces.
« Nous espérons pouvoir concevoir des systèmes spécifiques « clé et serrure » afin que le guidage du tube pollinique devienne efficace entre les différentes espèces végétales, et peut conduire à une hybridation réussie entre différentes espèces, " dit Higashiyama. " Des plantes comme le blé tendre, graines de colza, et le coton sont toutes des espèces importantes issues de croisements. Nous pensons que nos recherches seront importantes pour la génération d'espèces végétales de croisement spécifiquement conçues. »
