La recherche décode le système de défense des plantes en vue d'améliorer l'agriculture et la médecine

La recherche décode le système de défense des plantes en vue d'améliorer l'agriculture et la médecine
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Ces plantes d'Arabidopsis font partie des études visant à déterminer les liens entre le système de défense des plantes et l'horloge circadienne réalisées par Hua Lu, professeur de sciences biologiques à l'UMBC, et les membres de son laboratoire. Les résultats pourraient conduire à des plantes qui sont plus efficaces pour lutter contre les agents pathogènes et les nuisibles ou même pour influencer le traitement médical humain. Crédit: Marlayna Demond pour UMBC

Hua Lu, professeur de sciences biologiques à l'UMBC, et ses collègues ont découvert de nouveaux liens génétiques entre le rythme circadien d'une plante (essentiellement une horloge interne) et sa capacité à lutter contre les maladies et les ravageurs. Les conclusions datent de 10 ans et ont été publiées au Nature Communications cette semaine. Les résultats pourraient éventuellement conduire à des plantes plus résistantes aux agents pathogènes et à un meilleur traitement des maladies humaines.


"C'est assez cool", dit Lu, "car, chez les deux animaux et chez les animaux, les gens commencent à étudier la diaphonie entre l'horloge et le système immunitaire."

Le timing est tout

En réponse aux attaques quotidiennes de bactéries, de champignons et d’autres parasites, les plantes ont élaboré diverses stratégies pour se protéger. Les plantes peuvent fermer leurs stomates – petites ouvertures dans le revêtement cireux de leurs feuilles – pour empêcher l’entrée de certaines bactéries. Ils pourraient produire des produits chimiques tels que l'acide salicylique et l'acide jasmonique pour repousser les bactéries et les insectes. Ils produisent également un grand nombre de protéines qui sont importantes pour une défense efficace.

Des actions telles que la fermeture des stomates, la production d'acide salicylique, et bien d'autres encore se produisent tous les jours, avec un pic au moment où certains agents pathogènes et parasites sont les plus susceptibles d'être actifs. La nature rythmique de la défense des plantes suggère que les plantes coordonnent leurs systèmes de défense afin d’accroître l’efficacité de leurs actions défensives.

Dans cette étude, Lu et ses collègues ont découvert pour la première fois que LUX, un gène central de l'horloge circadienne des plantes, est important pour la régulation de l'ouverture et de la fermeture des stomates à des heures précises de la journée, ainsi que pour l'activation de la défense induite par l'acide salicylique. et l'acide jasmonique.

Dans une usine typique, les stomates s'ouvrent pendant la journée pour permettre l'échange des gaz nécessaires à la photosynthèse. Ensuite, ils ferment la nuit pour éviter les pertes d’eau. Les stomates se ferment également en réponse aux attaques d’agents pathogènes pendant la journée. Ils réagissent peu à une attaque nocturne, car ils sont déjà fermés.

Cependant, dans les plantes avec une version non fonctionnelle du gène LUX, Lu a découvert que les stomates sont ouverts jour et nuit. Pendant une attaque de jour, les stomates restent ouverts plus larges que les plantes normales. Cependant, lors d'une attaque nocturne, certains stomates se ferment. Cela signifie que les plantes dépourvues de gène LUX fonctionnel ont moins de contrôle sur l'ouverture de leurs stomates, ce qui permet à des agents pathogènes plus opportunistes de pénétrer. Cette distinction indique que LUX est essentiel pour le timing de la réponse de défense induite par les stomates, liant la défense à l'horloge circadienne d'une manière nouvelle.

Les recherches de Lu portent également sur la relation entre le gène LUX et les produits chimiques de défense et l'acide jasmonique. Bien que l’on sache que l’horloge circadienne peut réguler les réponses de la défense, le présent document montre que l’inverse est également vrai: «Une horloge circadienne correctement réglée est importante pour l’activation de la défense. Lorsque la défense est activée, elle peut ensuite servir à réguler l’horloge circadienne. ", Dit Lu.

L’équipe de recherche a spécifiquement montré que la présence de LUX était nécessaire pour la signalisation normale de l’acide jasmonique. À son tour, affecte également l'expression de LUX et de l'horloge circadienne. Cette régulation réciproque entre l'horloge circadienne et la signalisation de défense aide les plantes à équilibrer leur utilisation d'énergie pour une croissance et un développement normaux et des réponses de défense.

De la ferme à la pharmacie

Lu souhaite poursuivre ses recherches pour déterminer l'influence du calendrier sur l'usine. Comment l'horloge circadienne affecte-t-elle de multiples aspects des réponses de la défense? Quelles molécules d'agents pathogènes et de nuisibles interfèrent avec les plantes et limitent par la suite leur capacité à se protéger? Une meilleure compréhension de la manière dont les gènes de l'horloge contrôlent la défense des plantes et de la manière dont les agents pathogènes interagissent avec les systèmes de défense des plantes pourrait bénéficier à l'agriculture et aux domaines suivants

"Les agents pathogènes sont partout en permanence. Souvent, la forme d'agent pathogène la plus active varie au cours d'une journée. De plus, les plantes pourraient avoir différentes stratégies de défense à différents moments de la journée", explique Lu. "Alors, quel est le meilleur moment pour appliquer des pesticides? Cela pourrait dépendre de l'agent pathogène, de son mode d'infection et du comportement de vos plantes cultivées. Je pense que cela est nécessaire pour déterminer le meilleur moment pour appliquer des produits chimiques afin d'obtenir le maximum d'efficacité pour prévenir l'infection ou la propagation de l'infection ".

Une utilisation globale moindre des pesticides réduirait le ruissellement de produits chimiques dans les cours d’eau et ferait baisser les coûts pour les agriculteurs. L'utilisation réduite d'antibiotiques pourrait contribuer à enrayer la résistance aux antibiotiques, ce qui serait également bénéfique pour l'homme.

De plus, les plantes ne sont pas les seules dont l'activité du système immunitaire fluctue au cours de la journée. Les systèmes animaux ont aussi des cycles quotidiens. Ainsi, "des idées similaires peuvent être appliquées à la", dit Lu.

Il existe des similitudes entre les interactions des plantes et des animaux avec leurs agents pathogènes et leurs ravageurs au niveau moléculaire. Peut-être que dans le futur, votre ordonnance viendra avec des instructions de chronométrage spécifiques ou que votre chirurgie sera programmée en fonction de l'activité de votre système immunitaire.

Science en action

Lu dit que toutes ses recherches, et ce document en plusieurs parties en particulier, sont menées par les membres de son laboratoire. "C'est formidable de travailler avec autant de personnes dévouées", dit-elle. "Sans eux, je ne pourrais pas le faire."

Cela comprend le boursier postdoctoral Chong Zhang, qui est maintenant employé par l'USDA, et l'actuel postdoc, Min Gao, qui sont co-premiers auteurs du nouveau document. Cinq étudiants de premier cycle et un lycéen ont également contribué à ce projet à long terme. Certaines des expériences nécessitaient des tests toutes les quatre heures sur une période de 24 heures, ce qui signifiait que quelqu'un dormait sur un canapé dans le laboratoire en cours de route.

Dans l'ensemble, les membres de l'équipe de Lu sont motivés par les avantages potentiels que leur travail pourrait apporter à la société. Ils sont enthousiasmés par la perspective d’améliorer les rendements des cultures pour nourrir une population croissante, réduire la pollution ou les effets secondaires du traitement médical humain en améliorant le dosage et le dosage.

"Ce domaine m'intéresse car je peux voir que mon travail a des applications pratiques et je pense que c'est important", a déclaré Lu. "Cela devrait être l'objectif de tous les scientifiques: utiliser vos connaissances dans la vie réelle."


L'étude des rythmes circadiens chez les plantes et de leurs agents pathogènes pourrait conduire à la médecine de précision pour l'homme


Plus d'information:
Chong Zhang et al, LUX ARRHYTHMO intervient dans la diaphonie entre l'horloge circadienne et la défense chez Arabidopsis, Nature Communications (2019). DOI: 10.1038 / s41467-019-10485-6

Fourni par


Citation:
                                                 La recherche décode le système de défense des plantes en vue d'améliorer l'agriculture et la médecine (12 juin 2019)
                                                 récupéré le 12 juin 2019
                                                 sur https://phys.org/news/2019-06-decodes-defense-eye-farming-medicine.html

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