Comment un pathogène transforme les fleurs en feuilles

Comment un pathogène transforme les fleurs en feuilles

Des scientifiques ont découvert comment une protéine produite par des bactéries perturbe le mécanisme qui contrôle le développement floral chez les plantes, transformant les organes reproducteurs en structures ressemblant à des feuilles. Ces résultats apportent un éclairage important sur une maladie végétale dont la propagation devrait s'intensifier avec le changement climatique, et le développement de certains insectes dans les pays de l’hémisphère Nord. Les chercheurs ont utilisé des techniques synchrotron à l'ESRF, le Synchrotron Européen de Grenoble. Les résultats ont été distingués comme « Editor's Pick » dans le Journal of Biological Chemistry.

Les phytoplasmes sont des bactéries transmises aux plantes par des insectes. Les symptômes de ce pathogène peuvent aller du simple nanisme de la plante à une véritable reprogrammation de son développement : au lieu de fleurs, tous les organes floraux — sépales, pétales, étamines et carpelles — sont convertis en feuilles, et cela touche des cultures aussi diverses que le tournesol, le sésame et la vigne.

Cette maladie qui endommage les cultures peut avoir des conséquences, tant économique qu’alimentaire. Par exemple, en Afrique, les épidémies de jaunissement mortel du cocotier dues aux phytoplasmes ont entraîné des pertes de récolte très importantes depuis les années 1930, atteignant jusqu'à 40 % en Tanzanie et 20 % au Ghana. Ce problème prend une ampleur de plsu en plus importante avec le changement climatique qui a favorisé la présence d'insectes à des latitudes plus septentrionales, et par conséquence accru la présence des phytoplasmes. « Comprendre comment les insectes détournent la machinerie développementale propre à la plante pourrait nous aider à trouver des stratégies pour, nous l'espérons, atténuer leur impact sur l'agriculture », explique Chloé Zubieta, chercheuse CEA au Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, utilisatrice de l'ESRF et responsable de l'étude.

Chloé Zubieta a travaillé avec les scientifiques de l'ESRF, Mark Tully et Max Nanao, pour étudier une protéine de phytoplasme appelée PHYLOGEN, qui interfère avec le développement normal de la plante. Elle agit en ciblant des protéines végétales appelées MTF. Les MTF jouent un rôle important dans la détermination du développement d'une fleur. Ils agissent ensemble par groupes de quatre, se liant à l'ADN et activant les gènes qui indiquent à la plante quelles parties de la fleur produire.

Les chercheurs ont utilisé une technique synchrotron appelée la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) sur la ligne de lumière BM29 de l'ESRF pour étudier comment la protéine PHYLOGEN interagit avec trois MTF importants. Leurs expériences ont montré que PHYLOGEN peut interagir avec un éventail de combinaisons de MTF plus large qu'on ne le pensait auparavant. « Nous observons une flexibilité dans les données, et nous pensons qu'elle correspond à la plasticité d'interaction entre la phyllogène et les facteurs de transcription de la plante hôte », note Mark Tully, scientifique ESRF.

Les chercheurs ont ensuite modifié des parties individuelles de ces protéines grâce à une technique appelée mutagenèse dirigée, et ont constaté qu'ils pouvaient ainsi soit empêcher, soit permettre les interactions. Cela a démontré que la protéine PHYLOGEN reconnaît des caractéristiques spécifiques partagées par différents MTF, ce qui permet au pathogène d'interférer avec la machinerie développementale de la plante par mimétisme structural.

En empêchant les protéines MTF de fonctionner correctement ensemble, la protéine du phytoplasme modifie l'identité des organes floraux, les amenant à se développer en structures ressemblant à des feuilles.

« Nous travaillons actuellement à l'obtention de la structure cristalline à haute résolution du complexe MTF-PHYLOGEN, et nous espérons utiliser ces données, combinées à un criblage virtuel à haut débit, pour concevoir des inhibiteurs de cette interaction », commente Max Nanao, scientifique à l’ESRF