Comment le maïs renforce sa défense contre les herbivores
Les plantes ont développé de nombreux moyens de se protéger contre les herbivores. Les défenses structurelles, telles que les épines, empêchent les herbivores de se nourrir, tout comme la libération de composés chimiques uniques, tels que la capsaïcine, le produit chimique qui rend le chili piquant. Mais c’est le système immunitaire d’une plante qui pourrait constituer sa meilleure défense. De nombreuses plantes détectent le danger en reconnaissant les molécules libérées par un herbivore attaquant ou par les plantes endommagées elles-mêmes. Ces signaux modifient la structure de la plante ou produisent des métabolites toxiques pour les herbivores ou qui attirent leurs ennemis, en vertu de la stratégie «l’ennemi de mon ennemi est mon ami». Mais nous ne savons pas si les plantes combinent et intègrent différents types de signaux pour renforcer leur défense, et si oui, comment elles le font», ajoute Matthias Erb, de l’Université de Berne, hôte du projet et coordinateur du projet InteCue financé par l’UE. S’appuyant sur la génétique, la biologie moléculaire, la biochimie et l’écologie chimique, InteCue a cherché à savoir si les plantes combinent les signaux de danger aériens (volatiles) avec les signaux peptidiques internes des plantes pour renforcer leur défense.
Tester l’hypothèse de l’intégration du signal
Selon Lei Wang, titulaire d’une bourse Marie-Curie, les signaux de défense des plantes ont été principalement étudiés par les généticiens et les biochimistes, tandis que les interactions plantes-herbivores liées aux substances volatiles ont été le domaine des écologistes chimistes. «Le mécanisme moléculaire à l’origine de la signalisation volatile des plantes reste donc largement inexploré», explique-t-il. InteCue a commencé par étudier la signalisation de la systémine dans les tomates. La systémine est un petit peptide produit par les tomates en réponse aux attaques d’insectes. L’équipe avait découvert précédemment qu’elle induit une défense anti-herbivore par l’intermédiaire de deux protéines réceptrices à la surface des cellules, SYR1 et SYR2. Ses mécanismes de régulation bien compris ont fait de la systémine un excellent candidat pour l’étude de l’intégration de la signalisation, complétée par une riche collection de ressources génétiques.
De la tomate au maïs
L’équipe a d’abord eu recours à la technologie d’édition de gènes CRISPR pour en savoir plus sur la manière dont le flux de signaux est régulé, avant de tester si différents volatiles et/ou systèmes augmentaient l’émission par les plantes de leurs propres produits chimiques défensifs. «Malgré les publications montrant un effet positif, nous n’avons trouvé que peu de preuves de cet effet chez les tomates, du moins dans la période que nous avons examinée: 16 heures après le traitement», explique Lei Wang. L’équipe s’est ensuite penchée sur le maïs, ce qui a conduit à leur découverte clé: les jeunes feuilles de maïs agissent comme un «nez» et sont capables de «sentir» les substances volatiles à l’origine du stress, tandis que les feuilles matures se concentrent sur la défense chimique, déclenchée par le petit peptide ZmPep3. «Il est fascinant de constater que les feuilles peuvent se spécialiser de la sorte pour détecter les signes avant-coureurs d’une attaque», ajoute Matthias Erb. Bien qu’il soit encore tôt pour analyser les résultats, l’équipe a trouvé des preuves possibles de la capacité du maïs à intégrer les signaux volatils et les signaux peptidiques en vue de générer une défense plus forte.
Des cultures plus intelligentes pour une agriculture plus durable
Les découvertes d’InteCue pourraient éventuellement contribuer à des stratégies de sélection sur mesure produisant des cultures plus résistantes aux parasites, pour une agriculture plus durable. «Les gènes du maïs que nous caractérisons actuellement pourraient un jour être ciblés par génie génétique pour créer des cultivars très sensibles aux substances volatiles, ce qui les rendrait plus résistants aux herbivores», conclut Matthias Erb. L’équipe recherche actuellement la protéine du maïs qui assure la fonction de «nez», tout en s’efforçant d’élucider l’ensemble de la voie moléculaire allant de la détection des substances volatiles à la production de composés défensifs. Les membres visent également à localiser la protéine qui forme le pivot combinant la signalisation volatile et la signalisation peptidique.
Mots‑clés
InteCue, herbivores, plante, immunité, herbivores, métabolites, maïs, tomate, volatiles, peptide, stress