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Des réseaux d’interaction chez les plantes

Connaître les interactions entre les constituants de la cellule végétale est un premier pas vers la compréhension des mécanismes intimes qui régissent le fonctionnement des plantes. Les scientifiques de l’Inra Versailles-Grignon ont récemment proposé un schéma global d’organisation des protéines chez l’Arabette des dames. Ils ont également mis en évidence que, dans les processus infectieux, les agents pathogènes développent des interactions avec les protéines de la cellule qu’ils infectent, afin de favoriser leur multiplication. Ces résultats ont été publiés dans la revue Science en juillet 2011.

Inflorescence d'Arabidopsis thaliana, l'arabette des dames. Ici le mutant Cauliflower ou mutant chou-fleur qui reproduit exactement la structure de la pomme du chou-fleur. © CAIN Anne-Hélène
Mis à jour le 26/08/2013
Publié le 18/10/2011

Arabidopsis thaliana, connue sous le nom d’Arabette des dames lorsqu’elle peuple nos jardins, est une plante modèle dans le domaine de la recherche en biologie végétale. Son génome, séquencé à l’aube du XXIe siècle, compte 25 000 gènes. Ceux-ci codent pour des protéines dont les fonctions sont en majorité inconnues. Découvrir la partie immergée de cet iceberg, tel est le chantier auquel se sont attaqués des scientifiques de l’unité de recherche en génomique végétale de l’INRA Versailles-Grignon, dans le cadre d’une coopération internationale.

Les chercheurs révèlent 6 200 interactions entre 2 700 protéines

Grâce à des techniques de génomique, les chercheurs ont exploré les interactions entre les protéines d’A. thaliana. Ils ont identifié, par des analyses systématiques, les partenaires protéiques de plusieurs milliers de protéines de cette plante. Ils ont ainsi révélé l’existence de 6 200 interactions entre 2 700 protéines et ont dressé une carte de ces interactions protéiques. Celle-ci leur a permis de proposer un schéma global d’organisation des processus biologiques chez A. thaliana, assorti de modèles de liens fonctionnels entre protéines et voies de fonctionnement. Ils ont également mis en évidence des modifications de ce schéma en fonction de certaines caractéristiques du génome (multiplication des gènes, par exemple), fournissant des éléments en faveur d'un modèle d'évolution agissant sur l’ensemble de ces interactions (appelé interactome).

Une quinzaine de protéines conservées ciblées par les agents pathogènes

Les chercheurs se sont plus particulièrement intéressés aux protéines impliquées dans les mécanismes de défense de la plante contre l’infection. Au cours de celle-ci, les agents responsables de l’infection, ou agents pathogènes, injectent des protéines dites effectrices dans la cellule végétale ; ces protéines interagissent alors avec celles de la cellule, dont elles modulent les réactions de défense. En étudiant l’infection d’Arabidopsis thaliana par deux agents pathogènes microbiens, la bactérie Pseudomonas syringae et la moisissure Hyaloperonospora arabidopsidis, responsables de maladies chez de nombreuses plantes d’intérêt, les chercheurs ont mis en évidence un réseau d’interactions entre les protéines d’A. thaliana, appartenant ou non à son système immunitaire, et les protéines effectrices de ces deux agents pathogènes.

Leurs analyses révèlent que, bien que ces deux agents pathogènes aient évolué de façon indépendante depuis environ un million d’années, leurs protéines ont pour cible des protéines végétales identiques, dont certaines occupent des fonctions clés dans le fonctionnement et l’organisation de la machinerie cellulaire. Ces résultats montrent que les agents pathogènes de différents royaumes (bactéries, champignons) expriment des protéines effectrices qui, bien qu’elles aient évolué indépendamment, interagissent avec un ensemble limité de protéines cellulaires hautement connectées pour faciliter l’infection.
L’étude globale des interactions entre protéines d’A. thaliana contribue à une meilleure compréhension du fonctionnement de la plante en permettant :

  • d’appréhender l’action concertée des protéines (c’est-à-dire des produits des gènes) dans le temps et dans l’espace ;
  • D’attribuer un rôle potentiel aux protéines de fonction inconnue ;
  • De connaître l’organisation et la dynamique de la machinerie cellulaire et les interactions au sein de la cellule.

De façon plus spécifique, comprendre comment les protéines des agents pathogènes interagissent avec la machinerie cellulaire végétale impliquée dans la lutte contre l’infection ouvre la voie à l’amélioration du système immunitaire des plantes ou la mise au point de nouvelles molécules de lutte contre les pathogènes.

Références

M. Shahid Mukhtar et al. Independently Evolved Virulence Effectors Converge onto Hubs in a Plant Immune System NetworkScience, 29 juillet 2011, 333: 596. DOI:10.1126/science.1203659

Arabidopsis Interactome Mapping Consortium. Evidence for Network Evolution in an Arabidopsis Interactome Map. Science, 29 juillet 2011, 333: 601. DOI:10.1126/science.1203877