Utilisation de la plante parasite modèle Orobanchaceae Phtheirospermum japonicum, des scientifiques de l'Université de Nagoya et d'autres instituts de recherche japonais ont discerné les mécanismes moléculaires sous-jacents au parasitisme des plantes et à la greffe interspécifique, identifiant l'enzyme β-1,4-glucanase (GH9B3) comme un contributeur important aux deux phénomènes.
Cibler cette enzyme peut aider à contrôler le parasitisme des plantes dans les cultures. En outre, ce mécanisme peut être exploité pour de nouvelles techniques de greffage inter-espèces afin d'atteindre l'objectif des technologies agricoles durables.
Le parasitisme des plantes est un phénomène par lequel la plante parasite s'accroche et absorbe l'eau et les nutriments d'une deuxième plante hôte, à l'aide d'un organe spécialisé appelé « haustorium ». Une fois que l'haustorium se forme, des enzymes spécifiques aident alors à former une connexion entre les tissus du parasite et les plantes hôtes, connue sous le nom de «pont de xylème», ce qui facilite le transport de l'eau et des nutriments de l'hôte au parasite.
Un mécanisme similaire est impliqué dans le processus de greffe de tige artificielle, au cours duquel les parois cellulaires des deux tissus végétaux différents à la jonction du greffon deviennent plus minces et comprimées, un phénomène rendu possible par des enzymes spécifiques de modification de la paroi cellulaire. La modification de la paroi cellulaire a également été impliquée pour jouer un rôle dans le parasitisme dans différentes lignées de plantes parasites.
Par conséquent, l'équipe de recherche, dirigée par le Dr Ken-ichi Kurotani de l'Université de Nagoya, a émis l'hypothèse que des gènes et des enzymes similaires devraient être impliqués dans le processus de parasitisme et de greffage inter-espèces.
Pour étudier les événements moléculaires impliqués dans l'adhésion cellule-cellule entre P. japonicum et la plante hôte, nous avons analysé le transcriptome pour le parasitisme P. japonicum-Arabidopsis et le greffage P. japonicum-Arabidopsis, «
Dr Ken-ichi Kurotani, Université de Nagoya
Lorsqu'un gène dans une cellule est activé, il produit un «transcrit» d'ARN qui est ensuite traduit en une protéine active, qui est ensuite utilisée par la cellule pour effectuer diverses activités. Un «transcriptome» est l'ensemble complet de transcrits d'ARN que le génome d'un organisme produit dans diverses conditions diverses. Les résultats de leurs expériences sont publiés dans Nature's Communications Biology.
La comparaison du parasitisme et des transcriptomes de greffe a révélé que les gènes associés à la cicatrisation des plaies, à la division cellulaire, à la réplication de l'ADN et à la synthèse de l'ARN étaient fortement régulés à la hausse pendant les deux événements, indiquant une prolifération cellulaire active à la fois à l'haustorium et à l'interface du greffon.
«De plus, nous avons trouvé un chevauchement entre les données du transcriptome de cette étude et celles du greffage entre Nicotiana et Arabidopsis, un autre angiosperme», rapporte le Dr Michitaka Notaguchi, co-auteur de l'étude.
« Les glycosyl hydrolases sont des enzymes qui ciblent spécifiquement la dégradation de la cellulose, le principal composant des parois cellulaires végétales. Une β-1,4-glucanase identifiée dans P. japonicum appartient à la famille des glycosyl hydrolase 9B3 (GH9B3); une enzyme de la même Le groupe du Dr Notaguchi a reconnu que la famille était cruciale pour l'adhésion cellule-cellule chez Nicotiana.
D'autres expériences ont montré que P. japonicum silencieux GH9B3 pourrait former l'haustorium avec Arabidopsis mais ne pouvait pas former un pont xylème fonctionnel, ce qui signifie que la β-1,4-glucanase de P. japonicum est partie intégrante de l'activité parasitaire de la plante.
En outre, des niveaux élevés de transcription d'ARN GH9B3 ont été observés au cours d'expériences de greffage artificiel, prouvant ainsi que l'enzyme joue un rôle intégral dans les mécanismes de parasitisme et de greffage.
Les données de transcriptome générées dans cette étude peuvent être utilisées pour déterrer d'autres gènes et enzymes impliqués dans le parasitisme des plantes. En outre, des recherches supplémentaires dans ces directions aideront les scientifiques à développer des approches moléculaires spécifiques pour arriver à des alternatives durables de greffage inter-espèces.
La source:
Référence du journal:
Kurotani, K., et al. (2020) Adhésion tissulaire hôte-parasite par un type sécrété de β-1,4-glucanase dans la plante parasite Phtheirospermum japonicum. Biologie des communications. doi.org/10.1038/s42003-020-01143-5.
