L'évolution des transporteurs d'auxine à travers la vie

Les Auxines sont des hormones végétales super importantes qui aident à contrôler la croissance et le développement. Mais les scientifiques ont découvert que la façon dont ces hormones fonctionnent, surtout grâce à un groupe de Protéines appelées transporteurs d'efflux d'auxine, a une histoire assez intéressante. Cette histoire va au-delà des plantes et inclut même des bactéries et des algues. Comprendre comment ces protéines ont évolué et comment elles fonctionnent peut nous donner un aperçu de la biologie des plantes et de la vie sur Terre en général.

#Signalisation des auxines et protéines

Le chemin de signalisation des auxines est crucial chez les plantes pour réguler divers processus, comme la croissance et les réactions à la lumière et à la gravité. Dans les plantes, l'auxine est produite et transportée à l'aide de protéines spécifiques. Bien que ces transporteurs d'auxine, en particulier la famille PIN de protéines, aient été bien étudiés chez les plantes terrestres, leurs origines et leur histoire évolutive sont moins claires.

Fait intéressant, certains composants utilisés pour le transport de l'auxine se retrouvent chez des organismes non végétaux. Par exemple, l'hormone IAA (acide indole-3-acétique) et ses sous-produits sont présents chez de nombreux organismes verts, pas seulement chez les plantes terrestres. De plus, les protéines qui aident à déplacer l'auxine hors des cellules végétales, connues sous les noms de protéines PIN et PILS, présentent des similitudes avec des protéines trouvées chez d'autres êtres vivants comme les algues et même certaines bactéries.

#Évolution des transporteurs d'auxine

L'évolution des transporteurs d'auxine est complexe à cause de la diversité des organismes et des différents rôles que ces protéines jouent. Certaines protéines liées aux auxines ont des fonctions conservées à travers différentes espèces, tandis que d'autres ont divergé de manière significative. Ce schéma mixte peut être vu comme le résultat d'un transfert horizontal de gènes (où les gènes sont passés entre différents organismes) et de la perte de gènes au fil du temps.

Pour la famille PIN de protéines, leur histoire évolutive est encore plus compliquée à cause de la présence de versions plus courtes de ces protéines chez certains organismes. Ces versions plus courtes n'ont pas toutes les caractéristiques régulatrices de leurs homologues plus longues. Des études initiales laissaient penser que ces protéines plus courtes pourraient jouer des rôles similaires dans le transport des auxines, mais des découvertes récentes montrent que leurs fonctions pourraient être différentes.

#Protéines PIN et PILS

La famille principale de protéines responsable du transport des auxines chez les plantes s'appelle PIN. Ces protéines ont été étudiées pendant des décennies grâce à leur rôle essentiel dans la croissance des plantes. Récemment, une autre famille de protéines, appelée PILS, a été découverte. Bien que les deux familles soient impliquées dans le transport de l'auxine, leurs fonctions sont distinctes. Les protéines PIN déplacent principalement l'auxine hors des cellules, tandis que les protéines PILS se concentrent sur le maintien des niveaux internes d'auxine sans l'exporter.

Des recherches suggèrent que la famille PIN est assez ancienne, existant longtemps avant le développement des plantes modernes. Il y a des indices que certaines espèces d'algues possèdent aussi des formes de ces protéines, ce qui indique que le transport de l'auxine pourrait avoir été une fonction de leurs ancêtres.

#Le rôle d'autres organismes

Les bactéries et certaines algues possèdent également des protéines similaires aux transporteurs d'efflux d'auxine, ce qui suggère que ces protéines proviennent d'une lignée ancestrale commune. Ces protéines jouent divers rôles, y compris le déplacement de différents types de molécules organiques à travers les membranes cellulaires. Certaines fonctions semblent liées au transport des auxines, ce qui enrichit notre compréhension de la façon dont ces types de protéines sont largement utilisés à travers l'arbre de la vie.

Parmi ces protéines, des séquences qui ressemblent à PIN et PILS ont été trouvées chez des bactéries et des organismes multicellulaires simples comme les champignons. Cependant, ces homologues ne fonctionnent pas toujours de la même manière que leurs homologues chez les plantes supérieures.

#Aperçus structuraux

Les avancées récentes en technologie ont permis aux scientifiques de mieux comprendre les structures de ces protéines. En utilisant des techniques comme AlphaFold, les chercheurs ont créé des modèles de ces protéines qui révèlent des caractéristiques essentielles sur leur fonctionnement à un niveau moléculaire. Comprendre la structure est crucial pour saisir comment ces protéines interagissent avec l'auxine et la déplacent à travers les membranes.

Fait intéressant, bien que les protéines PIN et PILS montrent des similitudes structurelles, elles affichent aussi des différences significatives. Par exemple, les boucles cytoplasmiques dans les protéines PIN les aident à interagir avec d'autres composants cellulaires, ce qui est crucial pour leur fonction dans le transport de l'auxine. En revanche, PILS manque de cette flexibilité mais reste vital pour maintenir les niveaux d'auxine à l'intérieur des cellules.

#Analyse phylogénétique

Pour retracer les relations évolutives de ces protéines, les chercheurs ont réalisé des analyses phylogénétiques. En examinant les similitudes et les différences dans les séquences de ces protéines à travers diverses espèces, les scientifiques peuvent commencer à reconstituer l'histoire de l'évolution de ces protéines.

Ces analyses ont révélé que même si les protéines PILS et PIN peuvent sembler fonctionnellement similaires, elles sont séparées par une distance évolutive significative, ce qui signifie qu'elles ont probablement émergé sous des pressions et des contextes évolutifs différents.

#Distribution chez différents organismes

La distribution des protéines PIN et PILS n'est pas uniforme à travers toutes les formes de vie. Chez les plantes terrestres, les protéines PIN sont répandues, tandis que les protéines PILS se trouvent également mais sont plus régulièrement présentes dans diverses algues et champignons. En dehors du règne des plantes, ces protéines affichent une distribution inégale, indiquant qu'elles ont peut-être été perdues ou acquises à différents moments de l'histoire évolutive.

Fait intéressant, la recherche montre que même si les protéines PIN sont absentes chez de nombreux groupes animaux, elles ont un proche parent dans un récepteur appelé GPR155. Cette protéine animale joue également un rôle dans la détection du cholestérol à l'intérieur des cellules et partage certaines caractéristiques structurelles avec les protéines PIN, ce qui suggère qu'elles pourraient avoir un ancêtre commun.

#GPR155 et son rôle

GPR155, une protéine trouvée chez les animaux, a récemment été identifiée comme un récepteur du cholestérol, la reliant à des processus métaboliques. Sa relation évolutive avec la famille des protéines PIN ouvre de nouvelles discussions sur la façon dont ces protéines pourraient avoir changé de rôle au fil du temps.

L'idée que les protéines PIN auraient pu initialement aider au transport des acides organiques ou à maintenir l'équilibre cellulaire ajoute de la profondeur à notre compréhension de leur évolution. Si cela est vrai, cela suggère que des protéines comme GPR155 pourraient représenter un pas évolutif où une fonction de transport s'est transformée en fonction de récepteur.

#Directions futures

Malgré les progrès réalisés dans la compréhension des transporteurs d'auxine et de leur histoire évolutive, beaucoup de questions restent en suspens. Le rôle de l'IAA en dehors des plantes terrestres doit être exploré davantage. Est-ce juste un produit de déchet, ou a-t-il une signification de signalisation chez d'autres organismes ? De plus, la diversité des substrats parmi les transporteurs d'auxine prokaryotes reste à étudier, notamment dans quelle mesure ils transportent l'IAA.

Pour l'avenir, le domaine bénéficiera de plus de recherches sur la physiologie de divers organismes non modèles. Comprendre comment ces protéines fonctionnent dans différents contextes aidera à reconstituer une image plus complète du rôle de l'auxine à travers l'arbre de la vie.

#Conclusion

En résumé, la signalisation des auxines et ses protéines associées révèlent un aspect fascinant de la biologie des plantes qui s'étend au-delà du règne végétal. Les relations évolutives entre les transporteurs d'auxine chez les bactéries, les algues et les plantes offrent des aperçus sur l'histoire partagée de la vie. À mesure que la recherche progresse, la compréhension de ces protéines et de leurs rôles chez les plantes et d'autres organismes continuera d'évoluer, offrant des aperçus plus profonds sur les complexités de la vie sur Terre.