Exploiter les défenses immunitaires des plantes pour un meilleur rendement des cultures
La perte de récoltes imputable aux organismes nuisibles et aux maladies constitue un défi majeur pour l’agriculture mondiale, et ces derniers seraient responsables de pertes pouvant atteindre 40 % du potentiel de rendement. Les tentatives de lutte contre les agents pathogènes au moyen de pulvérisations chimiques peuvent avoir des effets néfastes sur l’écosystème, et les agents pathogènes développent souvent une résistance. Les plantes peuvent se protéger dans de nombreux cas, en activant une première couche d’immunité appelée immunité induite par les pathogènes (PTI) lorsqu’elles détectent des microbes. Cet état d’«alerte» les rend plus résistantes aux infections, en partie grâce à la modification de l’expression de milliers de gènes. transcriPTIon a étudié cette réponse dans la plante modèle Arabidopsis thaliana, en utilisant une large gamme de molécules issues de microbes. Le projet, soutenu par l’UE, a constaté que les modèles d’expression génétique précoce présentaient une remarquable similitude au niveau de leur réaction à différents agents pathogènes. De nombreux modèles de la réaction des plantes à des états de stress très différents ont même été conservés. Séquençage de l’ARN à l’aide d’un éventail sans précédent d’agents pathogènes Les plantes détectent les agents pathogènes grâce à des récepteurs membranaires à la surface des cellules, qui reconnaissent les signatures microbiennes, appelées éliciteurs. Les plantes réagissent en activant leur PTI, par une reprogrammation transcriptionnelle massive par laquelle les gènes sont soit exprimés, soit non exprimés. «Nous en savons beaucoup sur les mécanismes de détection des microbes chez les plantes, mais moins sur leurs véritables mécanismes de protection. Avant le projet, nous ignorions dans quelle mesure la réponse était adaptée, tout comme la vitesse à laquelle elle prendrait effet», explique la Dre Marta Bjornson, boursière AMSC. transcriPTIon a étudié des composants de signalisation donnés dans la plante modèle Arabidopsis thaliana. «L’étude au sein d’un système contrôlé permet de déterminer plus facilement les principes de réglementation de base, potentiellement conservés dans toutes les interactions plantes-microbes», poursuit la Dre Bjornson. Afin de sonder la logique transcriptionnelle de l’immunité des plantes, transcriPTIon a eu recours à un ensemble de sept éliciteurs différents, et a traité les plantes avec chacun d’entre eux. Un échantillon d’ARN végétal a ensuite été prélevé à six points, entre 5 minutes et 3 heures suivant le prélèvement. Cette expérience a permis de dégager des modèles d’expression génétique pour tous les éliciteurs et à chaque repère temporel, ainsi que les facteurs de transcription susceptibles de réguler ces modèles. transcriPTIon a constaté que tous les éliciteurs induisaient l’expression d’un vaste ensemble de gènes de base, surtout dans les premières minutes après la détection des éliciteurs. En outre, les résultats du projet révèlent que ces gènes étaient également induits dans la réponse précoce de la plante à de nombreux stress abiotiques comme le sel, les températures extrêmes et la lumière vive. Ces observations laissent à penser que la réponse initiale n’est pas spécifiquement une réponse immunitaire, mais plutôt une réponse générale au stress. Les réponses ultérieures sont devenues plus spécifiques: un éliciteur a induit l’expression de nombreux gènes de manière unique. Même à des repères temporels plus éloignés du moment du prélèvement, un petit ensemble de gènes de base a été induit par tous les éliciteurs et dans l’absence de stress abiotique, ce qui serait le signe d’une réponse PTI spécialisée. Sécurité alimentaire et agriculture durable transcriPTIon a défini l’étendue et le moment des réponses communes à la PTI et aux stress abiotiques. Les applications fondées sur les résultats de transcriPTIon pourraient améliorer l’immunité innée des cultures, accroître la stabilité du rendement et diminuer la dépendance aux pesticides. «Il reste du travail à accomplir avant d’aboutir à un produit commercialisable. Nous sommes toujours à la recherche de gènes candidats affectant la résistance à un agent pathogène modèle dans une plante modèle – toutes nos découvertes devront être testées sur les cultures, divers agents pathogènes et dans des conditions de terrain», explique la Dre Bjornson. La Dre Bjornson teste actuellement les facteurs de transcription impliqués dans transcriPTIon et a déjà constaté qu’au moins un régulateur de la réponse générale au stress est nécessaire pour la PTI. Elle étudie également un certain nombre de gènes dont la régulation semble répondre spécifiquement à des agents pathogènes, mais pas à d’autres stress.
Mots‑clés
transcriPTIon, maladie, plante, infection, système immunitaire, microbien, agent pathogène, cultures, sécurité alimentaire, lutte contre les organismes nuisibles, résistance
