Lorsque vous voyez des taches brunes sur des feuilles vertes par ailleurs saines, vous pouvez être témoin de la réponse immunitaire d'une plante alors qu'elle essaie d'empêcher une infection bactérienne de se propager. Certaines plantes sont plus résistantes à de telles infections que d'autres, et les biologistes végétaux veulent comprendre pourquoi. Les scientifiques du Salk Institute qui étudient une protéine végétale appelée SOBER1 ont récemment découvert un mécanisme par lequel, contre-intuitivement, les plantes semblent se rendre moins résistantes à l'infection.

L'oeuvre, qui est apparu dans Communication Nature le 19 décembre 2017, met en lumière la résistance des plantes en général et pourrait conduire à des stratégies pour renforcer l'immunité naturelle des plantes ou pour mieux contenir les infections qui menacent de détruire une culture agricole entière.

« Il y a beaucoup de pertes dans les rendements des cultures à cause des bactéries qui tuent les plantes, " dit l'auteur principal du journal, Joanne Chory, un chercheur de l'Institut médical Howard Hughes, directeur du Laboratoire de biologie moléculaire et cellulaire végétale de Salk et lauréat 2018 du Breakthrough Prize in Life Sciences. "Avec ce travail, nous avons cherché à comprendre le mécanisme sous-jacent du fonctionnement de la résistance, et de voir à quel point c'est général."

L'un des moyens par lesquels les plantes combattent les infections bactériennes est de tuer leurs propres cellules dans lesquelles les protéines bactériennes sont détectées. Mais certaines bactéries ont développé une contre-stratégie en injectant des protéines spéciales qui suppriment la réponse immunitaire de la plante en ajoutant de petits, désactivation des étiquettes chimiques appelées groupes acétyle pour les molécules immunitaires. Ce processus est appelé acétylation. Ce qui rend certaines plantes capables de résister à ces contre-mesures bactériennes tandis que d'autres succombent à l'infection reste incertain.

Afin de mieux comprendre ces interactions pathogènes-plantes, L'équipe de Chory s'est tournée vers l'herbe bien étudiée Arabidopsis thaliana et, en particulier, une enzyme appelée SOBER1—qui avait précédemment été rapportée pour supprimer la réponse immunitaire de la mauvaise herbe à une protéine bactérienne connue sous le nom d'AvrBsT. Bien qu'il puisse sembler contre-intuitif d'utiliser la suppression immunitaire pour étudier la résistance aux infections, les biologistes de Salk pensaient que cela pourrait fournir des informations utiles.

Les chercheurs ont commencé par déterminer la séquence d'acides aminés de SOBER1, l'ordre particulier des éléments constitutifs qui donne à une protéine son identité de base. Curieusement, ils ont découvert qu'il était très similaire à une enzyme humaine liée à la voie du cancer. Cette enzyme contient un tunnel caractéristique dans lequel des protéines avec certains types de modifications peuvent s'insérer et être coupées dans le cadre de la réaction enzymatique. Il s'avère que SOBER1 peut être classé dans le cadre d'une vaste superfamille de protéines connues sous le nom d'hydrolases alpha/bêta. Ces enzymes partagent une structure centrale commune mais sont très flexibles dans les réactions chimiques qu'elles catalysent, qui vont de la dégradation des graisses à la détoxification de produits chimiques appelés peroxydes.

Prochain, ils ont utilisé une technique vieille de plus de 100 ans appelée cristallographie aux rayons X pour déterminer la structure tridimensionnelle de SOBER1. Bien que similaire à l'enzyme humaine, le tunnel de l'enzyme végétale avait deux acides aminés supplémentaires qui sortaient du haut :un à l'entrée et un au milieu.

"Quand nous les avons vus, nous avons réalisé qu'ils devaient avoir un effet dramatique sur la fonction car ils bloquent essentiellement le tunnel, " déclare Marco Bürger, associé de recherche et co-premier auteur de Salk.

Pour découvrir quel pourrait être le but, Bürger et co-premier auteur Björn Willige, également chercheur associé, substrats utilisés (molécules sur lesquelles les enzymes agissent) de différentes longueurs et testés biochimiquement dans quelle mesure ils s'intègrent bien dans l'enzyme et s'ils peuvent être coupés. Seuls certains types correspondent et ont été coupés - des groupes acétyle très courts. Cela suggère que SOBER1 est une désacétylase, une classe d'enzymes qui élimine les groupes acétyle. Par ailleurs, l'équipe a muté SOBER1 et a ainsi ouvert le tunnel bloqué. Avec ce changement, Bürger et Willige ont conçu une enzyme qui a perdu sa forte spécificité pour les groupes acétyle courts et a plutôt préféré des substrats plus longs.

"Pour les premières expériences de biochimie, nous avons utilisé établi, substrats artificiels, " dit Willige. " Mais ensuite, nous voulions voir ce qui se passerait dans les plantes. "

Pour ça, ils ont utilisé des plants de tabac - qui ont de grandes feuilles faciles à travailler - et une bactérie qui fait de l'AvrBsT, qui est connu pour déclencher l'acétylation. Ils ont produit AvrBsT dans différentes régions des feuilles de tabac avec SOBER1 et plusieurs versions mutées (et donc non fonctionnelles) de l'enzyme.

Les feuilles produisant AvrBsT avaient des taches brunes de tissus morts, indiquant qu'AvrBsT avait lancé un programme de mort cellulaire pour réduire la propagation systémique de l'agent pathogène. Les feuilles qui ont produit AvrBsT avec SOBER1 semblaient en bonne santé, indiquant que SOBER1 a inversé l'action d'AvrBsT. Étonnamment, les versions mutées de SOBER1 avec un tunnel ouvert n'ont pas pu empêcher le tissu de mourir. De là, les chercheurs ont conclu que la désacétylation doit être la réaction chimique sous-jacente conduisant à la suppression de la réponse immunitaire de la plante.

Les tests sur le tabac ont soutenu l'idée que SOBER1 soit une désacétylase qui éliminerait les groupes acétyle ajoutés par les protéines bactériennes. Sans les protéines de marquage des groupes acétyle, la plante ne les a pas reconnus comme étrangers et n'a donc pas déclenché de réponse immunitaire destructrice de cellules. Les feuilles semblaient plus saines parce que les cellules ne mouraient pas.

"La fonction de SOBER1 est surprenante car elle maintient en vie les tissus infectés, qui met la plante en danger, " dit Chory, qui détient également la chaire Howard H. et Maryam R. Newman en biologie végétale à Salk. "Mais nous commençons tout juste à comprendre ces types de mécanismes, et il pourrait très bien y avoir des conditions dans lesquelles les actions de SOBER1 sont bénéfiques."

D'autres tests ont montré que l'activité et la fonction de SOBER1 ne se limitent pas à la mauvaise herbe Arabidopsis thaliana, mais existe également dans une plante appelée colza démontrant que les résultats du laboratoire de Chory pourraient être appliqués aux cultures agricoles et aux ressources en biocarburants.

Bürger et Willige aimeraient ensuite commencer le dépistage d'inhibiteurs chimiques qui pourraient bloquer SOBER1, permettant ainsi aux plantes d'avoir une réponse immunitaire complète aux bactéries pathogènes.