Deux gènes critiques ont été identifiés pour les plantes qui ont colonisé la Terre il y a 470 millions d’années

Les scientifiques pensent qu’il est possible que les deux gènes, PEN1 et SYP122, aient ouvert la voie à toutes sortes de plantes terrestres.

Des chercheurs ont jeté un nouvel éclairage sur l’origine de la vie végétale sur Terre

des chercheurs de Université de Copenhague Il a jeté un nouvel éclairage sur l’origine de la vie végétale à la surface de notre planète. Plus précisément, ils ont montré que deux gènes sont nécessaires aux plantes terrestres pour se protéger des attaques de champignons – un mécanisme de défense qui remonte à 470 millions d’années. Il est probable que ces défenses ont ouvert la voie à toute la vie végétale terrestre.

Mads Eggert Nielsen, biologiste à l’Université de Copenhague.

Les plantes ont évolué des algues aquatiques à la capacité de survivre sur Terre il y a près d’un demi-milliard d’années, jetant les bases de la vie sur Terre. L’un des obstacles qui ont rendu cette transformation spectaculaire si difficile était les champignons :

On estime qu’il y a 100 millions d’années, des champignons se sont glissés à la surface de la Terre à la recherche de nourriture, probablement trouvés dans des algues mortes rejetées par la mer. Donc, si vous, en tant que nouvelle plante, allez vous établir sur Terre et que la première chose que vous rencontrez est un champignon qui vous mange, vous avez besoin d’une sorte de mécanisme de défense », explique Mads Eggert Nielsen, biologiste au Département. des sciences végétales et environnementales à l’Université de Copenhague.

Selon Mads Eggert Nielsen et ses collègues chercheurs du Département des sciences végétales et environnementales et de l’Université Paris-Sclay, le cœur de ce mécanisme de défense peut être réduit à deux gènes, PEN1 et SYP122. Ensemble, ils aident à former un type de composant dans les plantes qui empêche l’invasion de champignons et d’organismes semblables aux champignons.

« Nous avons découvert que si nous détruisons ces deux gènes dans notre modèle d’Arabidopsis, nous ouvrons la porte à la pénétration de champignons pathogènes. Nous avons constaté qu’ils sont essentiels à la formation de ce bouchon en forme de paroi cellulaire qui protège contre les champignons. Fait intéressant, il semble s’agir d’un mécanisme de défense universel que l’on retrouve chez toutes les plantes terrestres », explique Mads Eggert Nielsen, auteur principal de l’étude, publiée dans la revue Science. eVie.

J’ai grandi dans une usine vieille de 470 millions d’années

L’équipe de recherche a testé la même fonction dans l’hépatique, un descendant direct de l’une des premières plantes terrestres sur Terre. En prenant les deux gènes correspondants dans l’hépatique et en les insérant dans le cresson, les chercheurs ont examiné s’ils pouvaient déterminer le même effet. La réponse était oui.

Expériences avec le modèle Arabidopsis Crédit : Mads Eggert Nielsen

« Bien que les deux familles de plantes vers lesquelles Arabidopsis et l’hépatique aient évolué dans des directions différentes il y a 450 millions d’années, elles ont continué à partager des fonctions génétiques. Nous pensons que cette famille de gènes est née dans le but unique de gérer ce mécanisme de défense, et c’était donc l’une Qui a fondé des usines pour s’établir sur le terrain », explique Mads Eggert Nielsen.

La cohabitation des plantes et des champignons

Alors que les champignons étaient un obstacle pour les plantes dans leur transition des algues marines aux plantes terrestres, ils étaient également une condition préalable. Mads Eggert Nielsen explique qu’une fois que les plantes ont pu survivre aux attaques des champignons cherchant à les manger sur Terre, le problème suivant auquel elles ont été confrontées a été de trouver les nutriments :

Les plantes des milieux aquatiques ont un accès facile aux nutriments dissous tels que le phosphore et l’azote. Mais il y a 500 millions d’années, le sol tel que nous le connaissons aujourd’hui n’existait pas – seulement des roches. Les nutriments liés aux roches sont extrêmement difficiles à obtenir pour les plantes. Mais pas pour les champignons. D’autre part, les champignons ne peuvent pas produire de glucides – c’est pourquoi ils consomment des plantes. C’est là que la relation symbiotique entre les plantes et les champignons est censée avoir surgi, qui est devenue plus tard la base de l’explosion de la vie végétale terrestre au cours de cette période.

Les structures défensives qui se forment dans la plante ne tuent pas la plante ou le champignon, elles empêchent simplement le champignon d’envahir.

« Étant donné que les champignons ne peuvent pénétrer que partiellement dans la plante, nous pensons qu’un point de basculement se produit où la plante et le champignon ont quelque chose à gagner. Par conséquent, il était utile de conserver la relation telle quelle. La théorie selon laquelle les plantes apprivoisent les champignons pour coloniser la terre Ce n’est pas la nôtre, mais nous fournissons du fourrage qui soutient cette idée », déclare Mads Eggert Nielsen.

Peut être appliqué en agriculture

Les nouvelles découvertes ajoutent une pièce importante au puzzle de l’histoire évolutive des plantes. Plus important encore, ils peuvent être utilisés pour rendre les cultures plus résistantes aux attaques fongiques, ce qui est un gros problème pour les agriculteurs.

« Si toutes les plantes se défendent de la même manière, cela devrait signifier que les micro-organismes capables de provoquer des maladies – comme l’oïdium, la rouille jaune et la pourriture de la pomme de terre – ont trouvé un moyen d’infiltrer, d’arrêter ou d’échapper aux défenses de leurs plantes hôtes respectives. Nous allons ensuite essayer de transférer les composants défensifs des plantes résistantes vers les plantes qui contractent la maladie, et ainsi atteindre la résistance », explique Mads Eggert Nielsen.

Mads Eggert Nielsen participe à un projet de recherche du Département des sciences botaniques et environnementales dirigé par Hans Thordal-Christensen et soutenu par la Fondation Novo Nordisk qui vise à rendre les cultures plus résistantes en identifiant les mécanismes de défense des plantes que les micro-organismes pathogènes essaient Adresser. proche.

Faits supplémentaires

Les chercheurs ont longtemps supposé que les gènes PEN1 et SYP122 remplissaient une fonction particulière concernant la transition des plantes de leur phase aquatique en tant qu’algues aux plantes terrestres, mais il n’y a aucune preuve concrète quant à savoir s’ils sont effectivement une condition préalable pour les plantes. capacités défensives.

Des études antérieures ont montré qu’en détruisant le gène PEN1, les plantes perdaient leur capacité à se défendre contre l’oïdium. Cependant, lorsque le gène étroitement apparenté, SYP122, est détruit, rien ne se passe. Les nouveaux résultats de la recherche montrent que les deux gènes constituent ensemble une clé importante dans le mécanisme de défense de la plante.

Référence : « Les structures de SYP12 des plantes assurent la médiation d’une immunité générale conservée de manière évolutive contre les nématodes pathogènes » Par Hector M Rubiato, Mingqi Liu, Richard J O’Connell et Mads E. Nielsen, 4 février 2022, disponible ici. eLife.
DOI : 10.7554 / eLife.73487