On sait depuis longtemps que les chloroplastes aident les plantes à convertir l’énergie solaire en nourriture, mais une étude récente démontre qu’ils sont également nécessaires à l’immunité des plantes contre les agents pathogènes viraux et bactériens.
Les chloroplastes sont normalement sphériques, mais une petite fraction d’entre eux change de forme et envoie des extensions en forme de tube appelées « stromules », qui ont été observées pour la première fois il y a plus d’un siècle et dont la fonction biologique est encore inconnue.
Défense immunitaire
Dans une étude publiée dans Science Advances, Savithramma Dinesh-Kumar, professeur et directeur du Département de biologie végétale, et ses collègues ont découvert dans leurs travaux récents une protéine essentielle impliquée dans la formation de stromules au cours de l’immunité.
Pour évaluer l’importance des stromules dans l’immunité, les chercheurs doivent les désactiver, puis examiner le comportement des cellules végétales sans stromules lorsqu’elles sont confrontées à un agent pathogène.
Cependant, sans comprendre quels gènes sont impliqués dans la formation des stromules, les chercheurs n’ont aucun moyen d’identifier les gènes à rejeter.
Dinesh-Kumar et ses collègues ont utilisé des kinésines, des protéines qui agissent comme de petits moteurs permettant aux molécules et aux organites de se déplacer à travers une cellule, pour surmonter cette barrière.
Ce mouvement intracellulaire est souvent médié par le cytosquelette de la cellule, composé de deux types de fibres : de gros microtubules et des filaments d’actine plus petits.
Les chercheurs avaient l’intention d’étudier une kinésine spécifique à la plante, capable de se fixer à la fois aux microtubules et aux filaments d’actine. En l’absence d’infection pathogène, les chercheurs ont découvert que la surexpression de l’une de ces kinésines, KIS1, déclenchait le développement de stromules.
Lorsque les chercheurs ont modifié les plantes de tabac et d’Arabidopsis pour les empêcher de produire la kinésine KIS1, ils ont découvert qu’aucune des deux plantes ne pouvait générer de stromules et que leurs chloroplastes ne pouvaient pas migrer vers le noyau. En conséquence, les plantes n’ont pas pu lutter elles-mêmes contre les infections introduites.
Pour distinguer les rôles des microtubules et de l’actine, les chercheurs ont créé un ensemble de variantes de KIS1 qui ne pouvaient se lier qu’aux microtubules et un autre ensemble qui ne pouvait s’attacher qu’à l’actine.
L’expression de ces variantes dans le tabac a révélé que KIS1 doit se lier aux microtubules pour que les chloroplastes forment des stromules, mais il doit également se lier à l’actine pour que les chloroplastes migrent vers le noyau.
« Si nous supprimons l’un des gènes de signalisation immunitaire connus, les chloroplastes perdent la capacité de fabriquer des stromules, ce qui suggère que ces structures font partie intégrante des voies de signalisation immunitaire qui activent la défense », a déclaré Dinesh-Kumar.
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Immunité végétale
Il s’agit de la première étude montrant qu’une kinésine végétale est directement impliquée dans l’immunité des plantes.
C’est également la première fois que des scientifiques découvrent un gène KIS1 impliqué dans la biogenèse des stromules chloroplastiques, ce qui ouvre la porte à en apprendre davantage sur le rôle des stromules chloroplastiques et sur la raison pour laquelle les chloroplastes se regroupent autour du noyau lors de la réponse immunitaire des plantes.
« Si nous pouvons mieux comprendre au niveau cellulaire comment les organites comme les chloroplastes aident les cellules à se défendre, nous pourrions contribuer à développer la résistance à l’agent pathogène », a déclaré Dinesh-Kumar.
Cette étude ouvre de nouvelles voies pour l’ingénierie de la résistance aux agents pathogènes en approfondissant les mécanismes biologiques par lesquels les organites tels que les chloroplastes contribuent à la défense des plantes.
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