Les incendies de forêt peuvent balayer un paysage et entraîner la mort massivement aux plantes. Mais lorsque le feu détruit tant de plantes, une opportunité s'ouvre pour les survivants. Les graines protégées des flammes peuvent attendre jusqu'à ce qu'elles sentent la fumée pour germer, en utilisant une protéine "détecteur de fumée" appelée KAI2, mais d'où vient cette compétence ? Angelica Guercio et ses collègues ont examiné des plantes qui ne sont pas adaptées au feu pour voir ce que les protéines KAI2 font pour eux.
Les protéines KAI2 sont quelque chose que les plantes ont développé au début de leur évolution. Les protéines interagissent avec des produits chimiques appelés karrikins. Les karrikins sont un produit chimique particulièrement utile pour les plantes, car ils sont produits en brûlant la végétation. Si une plante peut sentir les karrikins, elle sait que d'autres plantes ont un problème, de sorte que les karrikins peuvent déclencher la germination des graines pour que de nouvelles plantes poussent.
Cette capacité est si précieuse que Flematti et ses collègues ont suggéré que les graines a commencé à être capable de détecter la fumée dans la période du Crétacé, lorsque les angiospermes, plantes productrices de graines, évoluaient rapidement. De nos jours, les karrikins peuvent induire la germination de certaines plantes qui ne sont pas autrement adaptées au feu, y compris la plante modèle préférée des botanistes, Arabidopsis.
La plante que Guercio et ses collègues ont étudiée était Pisum sativum, le petit pois, une autre plante qui supporte généralement mal le feu. Les chercheurs se sont penchés sur les pois car ils appartiennent aux légumineuses, l'une des plus grandes familles de plantes à fleurs, comprenant plusieurs espèces cultivées. Les légumineuses peuvent "fixer" l'azote de l'air grâce à une symbiose avec des microbes.
Ils ont découvert que le gène KAI2 d'origine était dupliqué au début de l'évolution des légumineuses, produisant deux gènes, KAI2A et KAI2B. En utilisant diverses techniques avancées issues de la génétique, de la biochimie et de la cristallographie des protéines, ils ont découvert que les deux récepteurs réagissent à des ligands distincts. Un ligand est le produit chimique que reçoit un récepteur. Un ligand se lie de manière irréversible à une molécule de protéine réceptrice, le récepteur déclenchant des réponses à l'intérieur d'une cellule.
Guercio et ses collègues ont utilisé des microscopes pour examiner les cellules à l'échelle d'ångström. Un ångström n'est qu'un dix-milliardième de mètre, le genre d'échelle que vous utiliseriez pour mesurer la distance entre les atomes. En examinant les cellules de si près, ils ont pu voir non seulement le ligand et le récepteur, mais aussi le processus de combinaison des deux. Les auteurs écrivent: "Contrairement à l'hydrolase D14 α / β, l'analyse par spectrométrie de masse et l'examen structurel révèlent un mode de perception et d'hydrolyse du ligand par PsKAI2B, qui implique une étape intermédiaire dans laquelle la sérine catalytique est liée de manière transitoire à une fraction du ligand et forme alors un adduit stable avec l'histidine catalytique.
L'équipe a découvert que KAI2B réagissait à un large éventail de ligands, y compris une classe d'hormones végétales appelées strigolactones. Les strigolactones affectent une grande variété de processus chez les plantes, y compris la croissance des racines et des pousses et la façon dont les réseaux racinaires réagissent aux champignons et aux microbes dans le sol. Comprendre comment ces strigolactones fonctionnent dans une plante pourrait aider à développer des cultures plus efficaces qui nécessitent moins d'engrais.
ARTICLE DE RECHERCHE
Guercio, AM, Torabi, S., Cornu, D., Dalmais, M., Bendahmane, A., Le Signor, C., Pillot, J.-P., Le Bris, P., Boyer, F.-D ., Rameau, C., Gutjahr, C., de Saint Germain, A. et Shabek, N. (2022) "Des analyses structurelles et fonctionnelles expliquent la diversité des récepteurs Pea KAI2 et révèlent une catalyse stéréosélective lors de la perception du signal", Communications Biology. https://doi.org/10.1038/s42003-022-03085-6
