Examen des mécanismes de défense des plantes contre les pathogènes

Les plantes font face à plein de menaces comme les nuisibles et les maladies. Pour se protéger, elles ont développé différentes mécaniques de défense. Une partie importante de cette défense, c'est la paroi cellulaire des plantes, qui sert de première ligne contre les envahisseurs nuisibles. Des changements dans la structure de cette paroi cellulaire peuvent influencer comment le système immunitaire d'une plante réagit.

La paroi cellulaire des plantes est composée de plusieurs matériaux, dont la cellulose, l'hémicellulose, la pectine et des protéines. Tous ces éléments travaillent ensemble pour donner force et soutien. Quand la paroi cellulaire est endommagée ou que la plante est attaquée par des pathogènes, des molécules spécifiques appelées motifs moléculaires associés aux dommages (DAMPs) sont libérées. Les DAMPs jouent un rôle dans le signalement de la réponse immunitaire de la plante. Quelques DAMPs connus incluent des glucides issus de la cellulose et de la pectine.

Fait intéressant, les produits de décomposition de la pectine, comme les oligogalacturonides (OGs), sont super importants pour la réponse immunitaire de la plante. Le type d'OG qui a été le plus étudié est celui avec un degré de polymérisation allant de 10 à 15. Ces OGs déclenchent des signaux immunitaires chez les plantes et aident à se défendre contre divers pathogènes. Récemment, des OGs plus courts, comme les trimères et les tétramères, ont aussi montré qu'ils activaient la défense immunitaire de la plante.

Dans un modèle de plante commun appelé Arabidopsis thaliana, des protéines spécifiques appelées KINASES ASSOCIEES À LA PAROI (WAKs) ont été identifiées comme des acteurs importants de l'immunité végétale. Les WAKs sont un type de kinase récepteur qui se trouvent dans la paroi cellulaire de la plante. Elles peuvent interagir avec des parties de la pectine et on pense qu'elles jouent un rôle dans la manière dont les plantes détectent et réagissent aux pathogènes.

#Comprendre les WAKs et leur rôle

La famille des WAK se compose de plusieurs membres qui peuvent se lier à la pectine et à ses produits de décomposition. Des études préliminaires ont suggéré que les WAKs étaient directement impliquées dans la reconnaissance des OGs et le déclenchement des réponses immunitaires. En particulier, une des protéines WAK, WAK1, a été le premier membre identifié qui reliait la paroi cellulaire à la membrane plasmique des cellules végétales.

Des expériences ont montré que WAK1 pouvait se lier à la fois à la pectine et aux OGs dans des environnements de laboratoire contrôlés. Les scientifiques ont même créé une protéine hybride WAK1 fusionnée avec un autre récepteur pour étudier son rôle dans la perception des OGs. Ce récepteur hybride a pu déclencher des réponses immunitaires, mais il manquait des preuves génétiques définitives prouvant que les WAKs sont nécessaires pour la reconnaissance des OGs.

La recherche a été compliquée par le fait que les gènes WAK sont regroupés dans le génome d'Arabidopsis, ce qui rend difficile l'étude de leurs fonctions individuelles. Certaines études antérieures indiquaient que certains mutants WAK pourraient ne pas survivre. Cependant, les avancées récentes dans les techniques génétiques ont permis aux scientifiques de créer des mutants qui manquent de tous les cinq gènes WAK.

#Création d'un nouveau mutant WAK

Pour approfondir le rôle des WAKs, un nouveau mutant a été créé qui manque complètement de tous les cinq gènes WAK. Ce mutant a été nommé wakΔ2. Les chercheurs ont examiné comment ce mutant réagissait aux OGs. Étonnamment, il s'est avéré que le mutant wakΔ2 réagissait toujours aux OGs aussi efficacement que les plantes normales. Cela incluait les réponses de signalement immunitaire précoce, ainsi que les réactions de défense à long terme.

Les scientifiques ont aussi testé la résistance du mutant wakΔ2 contre des maladies causées par des bactéries et des champignons. Ils ont découvert que les plantes mutants gardaient leur capacité à résister aux infections tout comme les plantes normales. Cela indique que les WAKs ne sont peut-être pas essentielles pour percevoir les OGs ou pour les réponses immunitaires qu'elles déclenchent.

#Investigation des réponses immunitaires précoces

La première partie de la réponse immunitaire chez les plantes implique généralement la production de Espèces réactives de l'oxygène (ROS), qui sont vitales pour le signalement. Dans leurs expériences, les chercheurs ont comparé la production de ROS dans le mutant wakΔ2 et les plantes normales lorsqu'elles étaient exposées aux OGs. Les résultats ont montré que les deux types de plantes produisaient des quantités similaires de ROS.

Ensuite, les scientifiques ont examiné à quelle vitesse les kinases activées par les mitogènes (MAPKs) s'activaient en réponse au traitement par les OGs. Ces kinases sont essentielles pour la transmission de signaux immunitaires ultérieurs au sein de la plante. Encore une fois, le mutant wakΔ2 et les plantes normales ont montré des niveaux comparables d'activation des MAPK.

En plus de la production de ROS et de l'activation des MAPK, les chercheurs ont aussi examiné la production d'éthylène parce que c'est une autre partie du signalement immunitaire de la plante. Le mutant wakΔ2 a produit de l'éthylène tout aussi efficacement que les plantes normales lorsqu'il était exposé aux OGs.

#Investigation des réponses immunitaires tardives

En dehors des réactions immunitaires immédiates, les plantes s'engagent aussi dans des mécanismes de défense prolongés comme la déposition de callose-un processus qui aide à sceller les zones infectées. Les expériences ont montré que les plantes normales et le mutant wakΔ2 produisaient de la callose après le traitement aux OGs, confirmant que les WAKs ne sont pas nécessaires pour cette réponse immunitaire tardive.

Une autre réponse immunitaire à long terme implique la production accrue d'Acide salicylique (SA), souvent liée au signalement de défense. Les chercheurs ont mesuré les niveaux d'une protéine appelée PATHOGENESIS-RELATED 1 (PR1), qui est associée à la voie de l'acide salicylique. Ils ont trouvé que les niveaux de PR1 augmentaient de manière égale chez le mutant wakΔ2 et les plantes normales après traitement aux OGs.

#Résistance aux pathogènes

Pour des applications concrètes, les chercheurs voulaient voir si le mutant wakΔ2 pouvait toujours résister aux infections par différents pathogènes. Ils ont particulièrement examiné comment les plantes mutants réagissaient lorsqu'elles étaient exposées à deux pathogènes différents : un champignon appelé Botrytis cinerea et une bactérie connue sous le nom de Pseudomonas syringae.

Les résultats ont indiqué que les plantes normales et le mutant wakΔ2 montraient des niveaux similaires d'immunité contre ces pathogènes après avoir été prétraitées avec des OGs. Cela a apporté des preuves supplémentaires que les WAKs ne jouent pas un rôle significatif dans la reconnaissance des OGs ou dans les réponses immunitaires résultant du traitement par les OGs.

#WAKs et autres élicitateurs

Les scientifiques étaient aussi intéressés par la manière dont les WAKs pourraient être impliquées dans les réponses immunitaires déclenchées par d'autres molécules, comme le flagelline bactérien et la chitine fongique. Des études précédentes ont suggéré que les WAKs interagissent avec ces molécules et améliorent les réponses immunitaires. Cependant, lorsque les chercheurs ont testé la réaction du mutant wakΔ2 à ces élicitateurs, ils n'ont trouvé aucune différence significative par rapport aux plantes normales.

Même dans des scénarios où des études précédentes avaient montré une réduction des réponses immunitaires due à la suppression des WAK, le mutant wakΔ2 a montré des niveaux normaux de production de ROS et d'autres réponses immunitaires liées. Ces observations suggèrent qu'au lieu d'être essentielles à la reconnaissance de pathogènes spécifiques, les WAKs pourraient servir plus de protéines de soutien dans un contexte immunitaire plus large.

#Conclusion

À travers cette étude complète, il devient de plus en plus évident que la famille des WAK ne joue pas un rôle crucial dans les réponses immunitaires précoces ou tardives déclenchées par les OGs. Bien que les WAKs puissent se lier à la pectine et à ses produits de décomposition, cette capacité ne se traduit pas par le fait qu'elles soient les récepteurs principaux pour les OGs dans Arabidopsis.

De plus, la fonction des WAKs pourrait différer entre différentes espèces de plantes, et leurs rôles dans le signalement immunitaire pourraient impliquer des interactions complexes avec d'autres récepteurs. À l'avenir, les chercheurs visent à enquêter sur si d'autres protéines, peut-être liées ou similaires aux WAK, contribuent à l'immunité contre les pathogènes.

À travers des études continues, les scientifiques espèrent découvrir les mécanismes complexes de l'immunité des plantes et comment diverses protéines travaillent ensemble pour protéger les plantes des nuisibles et des maladies. Cela pourrait potentiellement mener à des pratiques agricoles améliorées et à une résistance dans les plantes de culture, assurant de meilleurs rendements et une réduction de la dépendance aux traitements chimiques.