Dans une étude publiée dans le Annals of Botany, des chercheurs se sont penchés sur le fonctionnement interne du droséra à feuilles de Lance, adelae de droséra, une plante carnivore connue pour son organe piège et son système digestif uniques. La recherche, menée par Meng Yu et ses collègues au Japon, a révélé de nouvelles informations sur une enzyme spécialisée appelée nucléase de type S1 (DAN1) dans le liquide digestif de la plante. Les résultats révèlent des informations sur l'expression des gènes, les caractéristiques structurelles et les adaptations évolutives de cette enzyme, qui jouent un rôle crucial dans la capacité de la plante à absorber les nutriments de ses proies.

Les plantes carnivores, comme le droséra à feuilles lancéolées, ont évolué pour piéger et digérer les insectes et autres petits animaux afin de compléter leur apport en nutriments, en particulier dans les environnements pauvres en nutriments. Ces plantes sécrètent des fluides digestifs contenant diverses enzymes, qui décomposent les proies en composés plus simples. Alors que des études antérieures se sont concentrées sur d'autres enzymes présentes dans les fluides digestifs de ces plantes, peu de recherches ont été menées sur les nucléases - des enzymes qui aident à décomposer les acides nucléiques comme l'ADN et l'ARN.

Dans cette étude, Yu et ses collègues se sont concentrés sur l'enzyme DAN1, une nucléase de type S1, présente dans le liquide digestif de adelae de droséra. Ils visaient à comprendre son expression génique, ses caractéristiques structurelles, fonctionnelles et évolutives, ainsi que son rôle dans l'organe piège unique de la plante et la régulation épigénétique associée. La régulation épigénétique fait référence aux modifications de l'activité des gènes qui n'impliquent pas d'altérations de la séquence d'ADN sous-jacente, mais qui peuvent toujours être transmises de génération en génération.

L'équipe a utilisé la PCR en temps réel pour examiner l'expression spécifique à l'organe du Dan1 gène dans le droséra à feuilles lancéolées, y compris les tentacules glandulaires, les lames, les racines et les inflorescences. Cette technique permet la détection et la quantification de séquences d'ADN spécifiques. Ils ont également étudié le statut de méthylation de la Dan1 promoteur - une région de l'ADN qui contrôle l'activité des gènes - par séquençage au bisulfite, qui révèle l'étendue de la méthylation de l'ADN dans une séquence donnée.

Les résultats ont montré que Dan1 est exclusivement exprimé dans les tentacules glandulaires et son promoteur est presque entièrement non méthylé dans tous les organes. Cette découverte contraste avec le gène S-like RNase da-je of adelae de droséra, qui a une expression similaire spécifique à un organe mais est contrôlée par un promoteur qui est spécifiquement non méthylé dans les tentacules glandulaires. Cela suggère que les deux gènes sont régulés différemment.

En plus d'analyser l'expression et la régulation des gènes, les chercheurs ont également étudié les caractéristiques structurelles de DAN1 en comparant les structures primaires des nucléases de type S1 de trois plantes carnivores et de sept plantes non carnivores. Cette comparaison a révélé sept positions d'acides aminés conservées uniquement chez les plantes carnivores et trois conservées uniquement chez les plantes non carnivores. Cette découverte indique que l'évolution a façonné la structure de DAN1 pour remplir des fonctions spécifiques dans le fluide digestif des plantes carnivores.

DAN1 a été préparé à l'aide d'un système de synthèse de protéines sans cellule pour mieux comprendre la fonction de l'enzyme. Les chercheurs ont ensuite testé les exigences de l'enzyme pour les ions métalliques, le pH et la température optimaux et la préférence du substrat. Ils ont découvert que DAN1 préfère l'ARN à l'ADN comme substrat en présence d'ions Zn2+, Mn2+ ou Ca2+, et fonctionne mieux à un pH de 4.0.

Sur la base de ces résultats, les chercheurs ont conclu que la fonction principale de DAN1 dans adelae de droséra est de faciliter l'absorption des phosphates par les proies. Cette fonction diffère significativement des rôles connus des nucléases de type S1 dans d'autres plantes. Dans leur article, Yu et ses collègues écrivent :

Les nucléases végétales de type S1 jouent un rôle dans de nombreux processus biologiques, notamment la dégénérescence de l'endosperme (Brown et Ho, 1986), différenciation des éléments trachéaires (Ito et Fukuda, 2002), la sénescence des feuilles (Pérez-Amador et al., 2000) et la réponse à l'infection viroïde (Matousek et al., 2007, 2008). Outre la réponse virale à l'infection, ces phénomènes accompagnent la mort cellulaire programmée (PCD) (Sugiyama et al., 2000). Cependant, des études sur les enzymes digestives de plantes carnivores, y compris la présente étude, suggèrent que les nucléases de type S1 sont également utilisées pour digérer les acides nucléiques de la proie, qui n'est pas associée à la PCD. De plus, étant donné que Dr Adèle DA-I est une RNase de type S qui est abondamment présente dans le liquide digestif, et DAN1 semble préférer le ssRNA au ssDNA comme substrat…, Dr Adèle peut obtenir des phosphates principalement à partir d'ARN. Cela peut être une caractéristique commune des plantes carnivores car les RNases de type S sont largement présentes dans les fluides digestifs de ces plantes…

Yu et al. 2023.

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Yu, M., Arai, N., Ochiai, T. et Ohyama, T. (2023) "Expression et fonction d'une nucléase de type S1 dans le liquide digestif d'un droséra, adelae de droséra, " Annals of Botany, 131(2), p. 335–346. Disponible à: https://doi.org/10.1093/aob/mcac150

Image de couverture: adelae de droséra / Matrice d'incidence / Flickr.