Comment les plantes se défendent naturellement contre les agents pathogènes
Les infections fongiques et bactériennes détruisent jusqu’à 40 % des récoltes chaque année, et depuis des générations, les agriculteurs protègent leurs cultures en appliquant des pesticides chimiques. Ces produits contribuent à la sécurité alimentaire, mais leur action non sélective nuit globalement à l’environnement. C’est pourquoi la stratégie «De la ferme à la table»(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), pilier fondamental du pacte vert pour l’Europe, vise à réduire de 50 % l’utilisation des pesticides d’ici à 2030. L’abandon des pesticides exige une approche entièrement nouvelle pour garantir la résilience des cultures. Financé par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), le projet ImmunoZoneHubs a étudié les mécanismes naturels dont disposent déjà les plantes pour lutter contre les infections.
Des stratégies fondées sur des techniques de pointe appliquées à Arabidopsis thaliana
Originaire d’Europe et appartenant à la famille des Brassicacées, l’espèce Arabidopsis thaliana(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) est largement utilisée pour étudier la biologie cellulaire des plantes. Arabidopsis est un organisme modèle, car elle est facile à cultiver, présente un cycle de vie court et possède un petit génome. Pour comprendre les réponses immunitaires des cellules d’Arabidopsis, les chercheurs du projet ont eu recours à des techniques de biochimie, de biologie cellulaire et de génétique moléculaire, ainsi qu’à des outils informatiques. Ces approches leur ont permis de comprendre les mécanismes fondamentaux grâce auxquels les plantes détectent les infections et les combattent.
Les mécanismes qui régulent la mort cellulaire liée à l’immunité
Chez les plantes comme chez les animaux, la réponse immunitaire suppose que les cellules reconnaissent un agent pathogène et le détruisent. Ce processus repose sur la mort programmée des cellules infectées, mais aussi de celles qui se sont réorganisées en réaction à l’agent pathogène et se trouvent alors en état d’alerte immunitaire. Les chercheurs ont découvert que lorsque le système immunitaire est activé, la protéase métacaspase 1 (MC1)(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) change de localisation dans la cellule et interagit avec des composants clés du système immunitaire, amplifiant ainsi les signaux de la réponse immunitaire cellulaire. Néanmoins, si cette réaction n’est pas maîtrisée, ces cellules peuvent déclencher une réponse auto-immune. Comme l’explique Laia Armengot, boursière du MSCA: «Ces plateformes macromoléculaires de MC1 sont ensuite ciblées et dégradées par le système de recyclage interne de la plante, appelé autophagie. Cela révèle l’existence d’un mécanisme de régulation qui désactive le déclencheur de la mort cellulaire une fois la menace maîtrisée». Les gènes marqueurs jouent également un rôle essentiel dans la détermination de la mort cellulaire liée à l’immunité. «L’un des principaux résultats du projet est la caractérisation fonctionnelle d’un gène marqueur qui constitue un indicateur fiable de l’engagement dans le processus de mort cellulaire. Cette caractérisation a révélé de nouvelles activités enzymatiques et fonctions subcellulaires qui régulent les décisions de vie ou de mort des cellules face à des stress environnementaux, tels que les attaques d’agents pathogènes», explique Laia Armengot.
Des applications potentielles pour l’agriculture
En comprenant le rôle des gènes marqueurs et des plateformes de MC1 dans les cultures agricoles, et pas seulement chez les plantes modèles, les chercheurs du projet pourraient contribuer à révolutionner la production alimentaire en Europe. «En comprenant comment les plantes limitent naturellement les zones de mort cellulaire et désactivent les cascades immunitaires, les sélectionneurs pourront mettre au point des cultures plus performantes, dotées d’une résistance génétique intégrée qui bloque les infections tout en limitant les dommages collatéraux aux tissus et les pertes de rendement», confie Laia Armengot. Les mécanismes de réponse immunitaire découverts par ImmunoZoneHubs sont universels et ne sont pas propres à un agent pathogène particulier. Outre leur intérêt pour appréhender la réaction des plantes aux menaces fongiques ou bactériennes, ces mécanismes pourraient également aider les scientifiques à mieux comprendre la réponse des organismes à d’autres facteurs de stress environnemental, comme la chaleur ou la sécheresse. Grâce à un large éventail de stratégies fondées sur des techniques de pointe, le projet a rapproché les objectifs de la stratégie «De la ferme à la table» de leur réalisation.
