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Immunité des plantes : un nouveau mécanisme moléculaire

Des chercheurs de l’Inra de Montpellier ont mis à jour un mécanisme nouveau de résistance du riz à un champignon pathogène, responsable de l’une des maladies les plus dévastatrices pour la riziculture : la pyriculariose. Des protéines de résistance de la plante piègent les effecteurs du champignon en "imitant" leurs protéines cibles.

Riz.. © INRA, SLAGMULDER Christian
Par Thomas Kroj et Pascale Mollier
Mis à jour le 03/07/2014
Publié le 05/05/2014

Un enjeu majeur : trouver des résistances durables

Les plantes possèdent un système immunitaire performant qui les protège des agents pathogènes tels que les bactéries, les virus et les champignons. Or, cette résistance naturelle est constamment menacée car les agents pathogènes évoluent et parviennent à contourner les résistances et à infecter leur hôte. Ainsi, des variétés résistantes deviennent sensibles et de nouvelles maladies émergent. Trouver des résistances durables et les utiliser de manière à ce qu’elles restent efficaces à long terme est un des grands enjeux de l’agriculture du 21ième siècle, qui devra utiliser moins de pesticides tout en garantissant qualité et productivité. Pour atteindre cet objectif, il est indispensable d’approfondir nos connaissances relatives au système immunitaire végétal et aux stratégies d’attaque des agents pathogènes.  

 Le combat effecteurs/protéines de résistance

 Une des armes les plus puissantes des agents pathogènes sont des protéines appelées effecteurs. Ces effecteurs sont sécrétés par le pathogène dans le tissu végétal et ciblent des processus cellulaires centraux tels que le métabolisme ou la défense, afin de promouvoir l’invasion. Les effecteurs interagissent avec les protéines cellulaires de l’hôte pour les modifier ou les détruire. Mais les plantes peuvent contre-attaquer grâce à des protéines de résistance, qui se comportent comme des récepteurs dans le système immunitaire des plantes : elles reconnaissent les agents pathogènes, et cette reconnaissance déclenche les mécanismes de résistance de la plante. Malgré de nombreuses recherches menées partout dans le monde, on ne connait pas bien les mécanismes moléculaires de cette reconnaissance ni le lien entre reconnaissance et activation de la résistance. On sait cependant que les protéines de résistance peuvent, soit se lier directement à l’effecteur, soit détecter la modification d’une protéine cible de l’effecteur. Les enjeux de ces recherches sont énormes en matière de protection des plantes.

Des protéines de résistance qui se déguisent en appât

Dans le cas du riz attaqué par le champignon Magnaporthe oryzae, responsable de la pyriculariose, les scientifiques se sont intéressés à des protéines de résistance qui agissent en couple pour reconnaitre un ou des effecteurs émis par le champignon (1). Ils ont mis en évidence un mécanisme de reconnaissance direct nouveau et original : une des deux protéines de résistance (2) a intégré un domaine « emprunté » au cours de l’évolution à des protéines végétales présentes en grand nombre dans le riz, et qui servent normalement de cibles aux effecteurs. Ainsi, les protéines de résistance utilisent une stratégie de leurre pour piéger les effecteurs du pathogène.

Utiliser cette stratégie pour générer des résistances durables

Mieux comprendre les mécanismes moléculaires qui régissent la reconnaissance des effecteurs par les protéines de résistance devrait permettre à terme d’anticiper et de prévenir le contournement des résistances. Il sera alors potentiellement possible de trouver des protéines de résistance avec des spectres de reconnaissance élargis ou nouveaux, c'est-à-dire capables de reconnaître plusieurs effecteurs ou divers agents pathogènes. Pour créer de nouvelles résistances durables, une stratégie intéressante pourrait être l’intégration des cibles des effecteurs ou de leurs leurres dans des protéines de résistance. On pourrait par exemple envisager d’intégrer dans des protéines de résistance des cibles d’effecteurs nécessaires aux agents pathogènes, ce qui permettrait de générer des résistances difficilement contournables.  

 Parallèlement à ces travaux, un couple de protéines de résistance (3) est actuellement transféré chez le blé afin de tester son effet sur la pyriculariose du blé, une maladie émergente qui menace la culture de cette céréale en Amérique du Sud et pour laquelle il n’existe à l’heure actuelle aucun moyen de lutte efficace.    

(1) Les couples de protéines RGA4/RGA5  et Pik-1/Pik-2 reconnaissent respectivement le couple d’effecteur AVR1-CO39 /AVR-Pia  et l’effecteur AVR-Pik.

(2) RGA5 et Pik-1 contiennent un domaine appelé RATX1, qui n’est pas présent normalement dans les protéines de résistance, mais qui ressemble à de nombreuses petites protéines du riz ciblées par les effecteurs.

(3) RGA4/RGA5.

Référence

Cesari, S., Thilliez, G., Ribot, C., Chalvon, V., Michel, C., Jauneau, A., Rivas, S., Alaux, L., Kanzaki, H., Okuyama, Y., Morel, J.-B.J.-B., Fournier, E., Tharreau, D., Terauchi, R., and Kroj, T. (2013). The rice resistance protein pair RGA4/RGA5 recognizes the Magnaporthe oryzae effectors AVR-Pia and AVR1-CO39 by direct binding. Plant Cell 25: 1463–81. (Featured Article)