LysM-RLKs : Acteurs clés dans les partenariats plante-fongus

Les kinases de type LysM (LysM-RLKs) sont des protéines importantes qu'on trouve chez les plantes. Elles aident les plantes à interagir avec leur environnement, notamment en formant des partenariats avec des champignons. Ces partenariats peuvent être bénéfiques pour les plantes en améliorant leur absorption de nutriments, surtout le phosphore. Comprendre comment ces protéines fonctionnent est crucial pour faire avancer nos connaissances en biologie des plantes et en agriculture.

#Origine et diversité des LysM-RLKs

Des recherches montrent que les LysM-RLKs sont apparus pour la première fois chez les algues vertes. Avec le temps, elles ont évolué et se sont diversifiées quand les plantes ont commencé à vivre sur terre. Chez les hépatiques actuelles, qui sont parmi les plantes les plus simples, les scientifiques ont identifié quatre groupes de LysM-RLKs. Trois de ces groupes sont appelés LYKs, qui sont liés à l'immunité des plantes et aux interactions avec des champignons bénéfiques. Le quatrième groupe est connu sous le nom de LYR, qui a une structure et une fonction légèrement différentes.

Dans une espèce de l'hépatique, Marchantia paleacea, les chercheurs ont trouvé deux LYKs et un LYR. Cependant, cette espèce a perdu la capacité de former des Mycorhizes Arbusculaires (AM), une sorte de symbiose avec des champignons, à cause de la perte d'un troisième gène LYK. Tous les LysM-RLKs de cette espèce ont des caractéristiques spécifiques qui suggèrent qu'ils sont positionnés dans la membrane cellulaire de la plante et prêts à interagir avec des signaux extérieurs.

#Le rôle de LYKa dans la symbiose

Pour comprendre comment chaque LysM-RLK contribue à former des associations avec les champignons, les scientifiques ont créé des mutations dans la plante M. paleacea qui visaient des gènes LYK spécifiques. Ils se sont concentrés sur LYKa, LYKb, et LYKc. La recherche visait à voir si ces mutations affectaient la capacité de la plante à former des partenariats avec les champignons AM, en particulier Rhizophagus irregularis.

Après avoir créé ces mutations, l'équipe a vérifié si les plantes pouvaient établir des connexions avec les champignons AM. Les observations ont montré que les plantes sans LYKa ne pouvaient pas établir ces partenariats cruciaux. En revanche, les plantes sans LYKb et LYKc ont quand même réussi à former des connexions avec les champignons. Les résultats ont mis en évidence que LYKa est essentiel pour former des AM, tandis que LYKb et LYKc semblent jouer un rôle moindre.

#Observer les effets des mutations

Des techniques histologiques ont permis aux chercheurs de visualiser comment bien les champignons colonisaient les racines des plantes. Dans ces observations, un changement de couleur dans le thalle de M. paleacea indiquait une colonisation réussie par les champignons. Les plantes de contrôle et celles avec des mutations dans LYKb et LYKc ont montré cette pigmentation positive, tandis que les plantes sans LYKa ne l'ont pas fait. Cette distinction claire a renforcé que LYKa est critique pour cette relation symbiotique.

D'autres expériences ont confirmé que les mutants de LYKa ne montraient pas de signes de colonisation fongique, contrairement à ceux avec des gènes LYK actifs. Les observations étaient cohérentes à travers plusieurs expériences, renforçant la conclusion que LYKa est vital pour la formation d'AM.

#Le rôle de LYR dans la symbiose

Contrairement aux gènes LYK, le gène unique LYR dans M. paleacea ne semblait pas nécessaire pour former des AM. Les chercheurs ont réalisé des tests similaires à ceux effectués sur les mutants LYK. Ils ont créé des mutations de perte de fonction dans le gène LYR et ont évalué si ces plantes pouvaient encore engager des relations symbiotiques avec les champignons AM.

Les résultats ont montré que les plantes avec des gènes LYR mutés ne montraient pas de différences significatives dans leur capacité à former des AM par rapport aux plantes de contrôle. Les deux types de plantes affichaient des niveaux similaires de colonisation fongique, suggérant que LYR n'est pas essentiel pour ce processus dans M. paleacea.

#Comprendre les signaux pour la formation d'AM

Les champignons AM communiquent avec leurs partenaires végétaux en utilisant des signaux chimiques spécifiques connus sous le nom de chito-oligosaccharides (COs) et de lipo-chitooligosaccharides (LCOs). Ces signaux aident à déclencher des réponses dans la plante qui soutiennent la formation d'une relation symbiotique. Les chercheurs ont voulu explorer comment les mutants de LYKa et LYR réagissaient à ces signaux.

En utilisant une lignée de marqueur spéciale dans M. paleacea, les chercheurs ont mesuré des changements dans les niveaux de calcium à l'intérieur des plantes lorsqu'elles étaient exposées aux COs et LCOs. Les plantes de contrôle ont bien réagi à ces signaux, montrant une augmentation notable de la concentration de calcium. Cependant, les plantes manquant de LYKa ou LYR n'ont pas réagi à aucun des traitements, indiquant un échec à détecter ces signaux essentiels.

Cette incapacité à répondre aux signaux liés aux AM confirme encore les rôles critiques joués par LYKa et LYR dans la formation de partenariats réussis avec les champignons AM. Les deux protéines sont nécessaires pour reconnaître les signaux produits par les champignons, qui sont cruciaux pour établir la relation AM.

#Implications pour la biologie des plantes et l'agriculture

Les résultats de cette recherche élargissent notre compréhension de la façon dont des protéines spécifiques chez les plantes facilitent des partenariats vitaux avec les champignons. Ces interactions peuvent influencer considérablement l'absorption des nutriments des plantes et leur santé globale. En identifiant les rôles essentiels joués par LYKa en particulier, on peut mieux comprendre comment les plantes ont évolué pour former ces relations bénéfiques.

Comprendre les voies de signalisation impliquées dans ces relations symbiotiques ouvre de nouvelles avenues pour améliorer la résilience des cultures et l'efficacité des nutriments. En manipulant potentiellement ces voies, il pourrait être possible de créer des variétés de cultures capables de former plus efficacement des relations symbiotiques avec les champignons AM, conduisant à une meilleure croissance et un meilleur rendement.

#Conclusion

L'étude des LysM-RLKs, en particulier dans M. paleacea, révèle des idées essentielles sur les interactions plante-champignon. Le rôle critique de LYKa dans la formation de mycorhizes arbusculaires souligne la complexité de la signalisation des plantes et l'importance évolutive de ces partenariats. Alors que les chercheurs continuent d'explorer ces relations, d'autres découvertes pourraient mener à des solutions innovantes pour améliorer les pratiques agricoles et la santé des plantes.