Une étude révolutionnaire menée par des chercheurs de l’UMass Amherst a identifié comment les plantes gèrent les processus cellulaires pour répondre aux changements environnementaux. En se concentrant sur les interactions entre la pectine, les protéines des récepteurs FERONIA et LLG1 et le peptide RALF, l’étude révèle un processus moléculaire clé qui permet aux plantes de s’adapter et de survivre à divers stress, fournissant ainsi de nouvelles informations sur les mécanismes de résilience des plantes.
La recherche apporte de nouvelles connaissances sur la manière dont les cellules des plantes coordonnent leurs réponses.
Une équipe de chercheurs de l’Université du Massachusetts à Amherst a récemment publié une étude pionnière qui répond à une question centrale en biologie : comment les organismes mobilisent-ils un large éventail de processus cellulaires lorsqu’ils rencontrent un changement, que ce soit en interne ou dans l’environnement externe, pour prospérer dans bons moments ou survivre aux mauvais moments ?
La recherche, centrée sur les plantes et publiée dans Cellule, identifie les interactions entre quatre composés : la pectine, les protéines réceptrices FERONIA et LLG1 et le peptide signal RALF. En particulier, l’équipe a découvert qu’un processus de condensation moléculaire, appelé séparation de phase liquide-liquide, qui se produit entre la pectine et le RALF à l’interface paroi cellulaire-membrane cellulaire, régit la manière dont un stimulus déclenche de nombreux processus cellulaires. Ensemble, ces processus génèrent une réponse avantageuse pour la plante.
« Les biologistes travaillent souvent de manière linéaire : nous observons l’arrivée d’un stimulus, puis nous surveillons une réponse spécifique le long d’une certaine voie cellulaire qui, selon nous, est à l’origine de cette réponse. Mais en réalité, les cellules maintiennent une multitude de voies, qui sont soigneusement entretenues et doivent être coordonnées à tout moment », explique Alice Cheung, professeur émérite de biochimie et de biologie moléculaire à l’UMass Amherst et auteur principal de l’article.
Cheung et son collaborateur de longue date et co-auteur principal Hen-Ming Wu ont réfléchi à la question du stimulus et de la réponse depuis qu’ils ont découvert en 2010 et 2015 que la paire de récepteurs FERIONIA-LLG1 est un candidat idéal pour résoudre ce casse-tête difficile. . FERONIA-LLG1 a un impact sur presque tous les aspects de la vie végétale : la croissance d’un plant qui vient de germer jusqu’à la maturité et la reproduction de la génération suivante, et la résistance à toutes sortes de défis intermédiaires, comme les maladies et les extrêmes climatiques.
Efforts de recherche collaborative
« Cela a pris de nombreuses années de la part de deux jeunes collègues très dévoués, le postdoctorant James Ming-Che Liu et l’étudiante diplômée Jessica Fang-Ling Yeh, les co-premiers auteurs de l’article, et un doctorat en biologie moléculaire et cellulaire récemment diplômé. étudiant, Robert Yvon », dit Cheung. « Ensemble, ils ont réalisé une série d’études qui ont commencé sous des angles différents mais délibérément conçus pour fournir une histoire cohérente, impossible à raconter autrement. »
L’enquête a commencé par une enquête sur la manière dont le signal (ou ligand) RALF affecte FERONIA-LLG1 dans la membrane cellulaire. L’équipe a observé des résultats surprenants : la cellule n’a pas simplement absorbé FERONIA-LLG1 dans la cellule, un processus connu sous le nom d’endocytose et une réponse typique ; chaque molécule de la membrane cellulaire testée par l’équipe a été affectée. De plus, contrairement à l’interaction ligand-récepteur typique, le ligand RALF est resté à l’extérieur de la cellule dans une matrice extracellulaire riche en pectine appelée paroi cellulaire.
L’équipe a ensuite examiné les interactions biochimiques et biophysiques entre les quatre molécules, comment ces interactions affectent le comportement de ces molécules au niveau cellulaire et comment elles affectent les résultats physiologiques des plantes en utilisant deux stress environnementaux souvent rencontrés : la température et la salinité élevées.
Les résultats fournissent, pour la première fois, un mécanisme permettant d’expliquer comment les cellules végétales coordonnent de nombreuses voies différentes en réponse à un signal de stress unique pour devenir plus résilientes et survivre. Les travaux démontrent également pour la première fois comment la séparation de phase à l’interface paroi cellulaire-membrane cellulaire, la ligne de front où une cellule végétale détecte et répond aux stimuli extérieurs, peut profondément affecter une réponse cellulaire collective. Cheung ajoute que « le travail n’aurait pas pu être réalisé sans les installations de base de l’Institut des sciences appliquées de la vie et la contribution de James Chambers, directeur du Light Microscopy Core et co-auteur de l’article ».
