Amélioration de la résistance des plantes aux phytoravageurs
Il y a plus de 75 ans de cela, Harold Henry Flor a révélé que la transmission de la résistance des plantes et du parasitisme est déterminée par le rapprochement de gènes uniques chez les plantes et les agents pathogènes. Depuis lors, de nombreuses études ont démontré que les principes de fonctionnement de l’immunité résistante à médiation génétique des plantes sont beaucoup plus complexes que la simple vue binaire qu’en présente Flor. Le paradigme actuel est que la résistance aux maladies végétales est encodée par des répertoires dynamiques de récepteurs immunitaires interconnectés dans des réseaux génétiques et biochimiques. Identification des effecteurs pathogènes Bénéficiaire de la bourse Marie Skłodowska-Curie, la Dre Lida Derevnina a travaillé dans le laboratoire de la professeure Sophien Kamoun au Sainsbury Laboratory, à Norwich, au Royaume-Uni. Dans le cadre du projet BoostR, financé par l’Union européenne, elles ont approfondi les connaissances existantes sur un réseau de récepteurs immunitaires intracellulaires composé de protéines portant un domaine liant les nucléotides et une répétition riche en leucine (protéines NLR). Les éléments du réseau NLR sont liés par l’évolution et sont probablement apparus il y a plus de 100 millions d’années, ce qui leur confère une résistance aux divers agents pathogènes de la famille des solanacées. Également connues sous le nom de morelles, les solanacées comprennent de nombreuses cultures importantes pour l’agriculture, notamment les tomates, les pommes de terre et le tabac. Au sein du réseau, trois NLR auxiliaires appelées NRC amorcent le signal de défense. Elles sont requises par un groupe de NLR capteurs, d’importance agronomique, qui sont spécialisées dans la reconnaissance des molécules pathogéniques. Les NRC auxiliaires jouent un rôle déterminant en fonctionnant à la fois de manière redondante et non redondante pour permettre des réponses immunitaires à médiation par capteur. Les scientifiques du projet BoostR ont travaillé suivant l’hypothèse selon laquelle la modification des NRC améliorerait la résistance aux maladies des cultures de solanacées face à un certain nombre d’agents pathogènes dévastateurs. «Ma proposition a pour objectif de générer des NRC synthétiques possédant une résistance à un large spectre de maladies», explique la Dre Derevnina. Elle a mené toutes les expériences en se basant sur l’organisme végétal modèle Nicotiana benthamiana, une espèce de plante solanacée, et examiné la capacité à supprimer la signalisation NRC des effecteurs de divers agents pathogènes pour leur . La scientifique a identifié deux effecteurs de ce type, notamment l’AVRcap1b du P. infestans et le SPRYSEC des Globodera spp, et décrit leur mode d’action. Grâce à cette information, il a été possible de produire des NRC chimériques en agençant des domaines protéiques dans différentes combinaisons pour identifier des candidats conservant une signalisation en amont avec des NLR capteurs dépendants du NRC, mais en évitant la suppression par des effecteurs pathogènes. Après la validation par des tests de complémentation génétique, ces chimères ont été testées dans des expériences de démonstration du bien-fondé de la conception, et le seront également sur des tomates et des pommes de terre pour déterminer leur valeur dans les programmes de sélection. Impact de l’ingénierie sur le système immunitaire des plantes Comme l’a souligné la Dre Derevnina, «le fait que ces agents pathogènes soient divergents au niveau de l’évolution, mais convergents dans le ciblage de la même voie hôte, met en évidence l’importance du rôle des protéines des NRC auxiliaires dans la médiation de l’immunité contre divers agents pathogènes infectant les solanacées». L’étude des effecteurs pathogènes qui ciblent les protéines NRC, aussi bien directement qu’indirectement, nous permet d’approfondir notre compréhension des mécanismes moléculaires qui sous-tendent l’infection par l’agent pathogène et la reconnaissance de l’hôte. Elle nous permet ainsi d’améliorer notre compréhension de la fonction des NLR. Plus important encore, elle nous offre de nouvelles stratégies pour sélectionner des plantes à résistance accrue. Les résultats du projet ont des implications profondes en agriculture. Ils offrent la possibilité de cultiver des cultures résistantes à une diversité d’agents pathogènes d’importance agronomique, augmentant ainsi le rendement et minimisant l’utilisation de pesticides. La Dre Derevnina envisage que «le nouveau domaine d’étude des réseaux de récepteurs immunitaires des plantes joue désormais un rôle primordial dans les programmes de sélection de cultures résistantes aux maladies du monde entier».
Mots‑clés
BoostR, agent pathogène, résistance, NRC, NLR, système immunitaire, pesticide, NRC chimérique
