McCombe et ses collègues ont découvert comment les champignons pathogènes utilisent une arme sournoise pour infecter d'importantes cultures vivrières. Les agents pathogènes fongiques utilisent une enzyme appelée hydrolase NUDIX pour tromper les plantes en activant des réponses de famine, contournant les défenses immunitaires.
Cette enzyme fongique s'infiltre dans les cellules végétales et attaque une molécule de signalisation clé que les plantes utilisent pour détecter le phosphate, un nutriment essentiel. En perturbant ce système de détection, les champignons trompent les plantes en leur faisant croire qu'elles manquent de phosphate.
L'équipe de recherche a découvert que ces enzymes NUDIX décomposent de manière sélective les pyrophosphates d'inositol (PP-InsP), des molécules de signalisation qui indiquent aux plantes quand le phosphate est disponible. Lorsque les plantes détectent une diminution du phosphate (ou pensent qu'elles en ont), elles activent des facteurs de transcription spéciaux appelés PHR qui modifient l'expression des gènes.
Les PHR s'activent pour acquérir plus de phosphates, mais interfèrent également avec les réponses internes d'une plante. La perception du jasmonate est altérée, ce qui réduit la capacité d'une plante à détecter les dommages. La demande de plus de phosphates pourrait également rendre les cellules végétales plus savoureuses pour le champignon.
Lorsque l'équipe de recherche a supprimé les gènes NUDIX du champignon responsable de la pyriculariose du riz (Magnaporthe oryzae) et des champignons responsables de l'anthracnose (espèces Colletotrichum), les agents pathogènes ont provoqué moins de maladies sur leurs plantes hôtes. En utilisant différents agents pathogènes, ils ont montré que ce sont précisément les gènes NUDIX qui posent problème.
Ces enzymes NUDIX sont sécrétées dans les cellules hôtes lors de l'infection. L'équipe a utilisé un marquage fluorescent pour observer ce processus dans les cellules vivantes. En utilisant la « plasmolyse », ils ont pu voir l'enzyme se déplacer des structures fongiques vers les cellules de riz où elle peut perturber la détection du phosphate.
McCombe et ses collègues ont utilisé la cristallographie aux rayons X pour déterminer la structure 3D de l'enzyme NUDIX, offrant ainsi des informations sur son fonctionnement. Ils ont découvert qu'elle était similaire aux enzymes de signalisation du phosphate humain, même si elles sont constituées d'acides aminés différents, ce qui montre que la forme de l'enzyme est importante.
Le Dr Carl McCombe, auteur principal de l’étude, explique : « Comprendre à quoi ressemble l’enzyme nous a donné des informations cruciales sur la façon dont elle est utilisée par les agents pathogènes pour attaquer les plantes. » Ces connaissances créent des opportunités pour des stratégies ciblées de gestion des maladies.
Cette découverte pourrait avoir un impact majeur sur la sécurité alimentaire mondiale. La pyriculariose du riz provoque des pertes qui pourraient nourrir 60 millions de personnes chaque année, tandis que l'anthracnose affecte diverses cultures, notamment les mangues, les melons, le maïs et les pois chiches.
Ces résultats laissent espérer une amélioration de la protection des cultures. Étant donné que ces enzymes NUDIX sont hautement conservées parmi différentes espèces fongiques, une solution unique pourrait potentiellement combattre plusieurs agents pathogènes des cultures, aidant ainsi les agriculteurs à prévenir les pertes annuelles de récoltes de 10 à 23 % actuellement causées par les maladies fongiques.
McCombe, CL, Wegner, A., Wirtz, L., Zamora, CS, Casanova, F., Aditya, S., Greenwood, JR, de Paula, S., England, E., Shang, S., Ericsson, DJ, Oliveira-Garcia, E., Williams, SJ, & Schaffrath, U. (2025). Les champignons phytopathogènes détournent la signalisation du phosphate grâce à des effecteurs enzymatiques conservés. Science, 387, 955–962. https://doi.org/n8ww
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Image : Jamie Kidston/ANU.
