Des chercheurs découvrent la clé du mystère moléculaire de la façon dont les plantes réagissent aux changements de conditions.

6 février 2024

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par Daegan Miller, Université du Massachusetts Amherst

Une équipe de chercheurs de l'Université du Massachusetts Amherst a récemment publié une étude pionnière qui répond à une question centrale en biologie : comment les organismes mobilisent-ils une large gamme de processus cellulaires lorsqu'ils rencontrent un changement, qu'il soit interne ou dans l'environnement externe, pour prospérer en période faste ou survivre aux mauvais moments ?

La recherche, centrée sur les plantes et publiée dans Cell, identifie les interactions entre quatre composés : la pectine, les protéines réceptrices FERONIA et LLG1 et le peptide de signalisation RALF. En particulier, l'équipe a découvert qu'un processus de condensation moléculaire, appelé séparation de phase liquide-liquide, qui se produit entre la pectine et le RALF à l'interface entre la paroi cellulaire et la membrane cellulaire, régit la manière dont un stimulus déclenche de nombreux processus cellulaires. Ensemble, ces processus génèrent une réponse avantageuse pour la plante.

« Les biologistes travaillent souvent de manière linéaire : nous observons l'arrivée d'un stimulus, puis nous surveillons une réponse spécifique le long d'une voie cellulaire que nous pensons être à l'origine de cette réponse. Mais en réalité, les cellules maintiennent une multitude de voies, qui sont soigneusement entretenues et doivent être coordonnées en permanence », explique Alice Cheung, professeure distinguée de biochimie et de biologie moléculaire à l'université du Massachusetts Amherst et auteure principale de l'article.

Cheung et son collaborateur de longue date et co-auteur principal Hen-Ming Wu se sont penchés sur la question du stimulus et de la réponse depuis leur découverte en 2010 et 2015 que la paire de récepteurs FERIONIA-LLG1 est un candidat idéal pour résoudre cette énigme complexe. FERONIA-LLG1 a un impact sur presque tous les aspects de la vie des plantes, de la croissance d'une jeune pousse à la maturation et à la reproduction de la génération suivante, ainsi que sur la résistance à toutes sortes de défis, tels que les maladies et les extrêmes climatiques.

« Cela a pris de nombreuses années à deux collègues juniors très dévoués, le post-doctorant James Ming-Che Liu et l'étudiante diplômée Jessica Fang-Ling Yeh, les co-premiers auteurs de l'article, ainsi qu'à un étudiant diplômé récemment diplômé en biologie moléculaire et cellulaire, Robert Yvon », déclare Cheung. « Ensemble, ils ont réalisé un ensemble d'études qui ont été lancées selon différentes perspectives mais conçues délibérément pour raconter une histoire cohérente, ce qui serait sinon impossible ».

L'enquête a commencé par une étude sur la manière dont le signal (ou ligand) RALF affecte FERONIA-LLG1 dans la membrane cellulaire. L'équipe a observé des résultats déroutants : la cellule ne se contentait pas d'absorber FERONIA-LLG1 dans la cellule, un processus connu sous le nom d'endocytose et une réponse typique ; toute molécule de la membrane cellulaire testée par l'équipe était affectée. De plus, contrairement à une interaction typique ligand-récepteur, le ligand RALF est resté à l'extérieur de la cellule dans une matrice extracellulaire riche en pectine appelée paroi cellulaire.

L'équipe a ensuite examiné les interactions biochimiques et biophysiques entre les quatre molécules, comment ces interactions affectent le comportement de ces molécules au niveau cellulaire et comment elles affectent les résultats physiologiques des plantes en utilisant deux stress environnementaux fréquemment rencontrés : la température élevée et la salinité.

Les résultats fournissent, pour la première fois, un mécanisme expliquant comment les cellules végétales coordonnent de multiples voies différentes en réponse à un signal de stress unique afin de devenir plus résilientes et de survivre. Les travaux montrent également, pour la première fois, comment la séparation de phase à l'interface paroi cellulaire-membrane cellulaire, le front où une cellule végétale détecte et répond aux stimuli externes, peut affecter profondément une réponse cellulaire collective.

Cheung ajoute que « ces travaux n'auraient pas pu être réalisés sans les installations centrales de l'Institut des sciences de la vie appliquées et sans la contribution de James Chambers, directeur de la Core Facility de microscopie photonique, et co-auteur de l'article ».

Fourni par l'Université du Massachusetts Amherst