La metformine renforce l’immunité des plantes en bloquant la phosphorylation de CPK28 médiée par Bik1

Contexte académique

Dans un contexte où la sécurité alimentaire mondiale est de plus en plus préoccupante, le contrôle des maladies des cultures est devenu un défi majeur pour la production agricole. Bien que les pesticides chimiques traditionnels soient efficaces pour lutter contre les maladies, leur utilisation excessive pose des problèmes environnementaux et de santé qui ne peuvent être ignorés. Par conséquent, le développement d’indicateurs chimiques capables d’activer le système immunitaire des plantes eux-mêmes est devenu une stratégie durable de lutte contre les maladies. La metformine (Met) est un médicament largement utilisé pour traiter le diabète de type 2, et ses fonctions dans les cellules mammifères ont été largement étudiées, mais ses mécanismes d’action dans les plantes restent flous. Cette étude vise à explorer le rôle de la metformine dans l’induction de l’immunité des plantes et ses mécanismes associés, fournissant ainsi une base scientifique pour le développement de nouveaux inducteurs de l’immunité des plantes.

Source de l’étude

L’équipe d’auteurs de cette étude est composée d’experts et de chercheurs de plusieurs universités et institutions de renom, dont Daolong Dou de l’Université agricole de Nanjing et Xiangxiu Liang de l’Université agricole de Chine du Sud, entre autres. L’étude a été acceptée le 22 février 2024 et publiée en ligne le 3 mars 2024 dans le Journal of Advanced Research (Volume 68, 2025).

Processus et résultats de l’étude

Processus de l’étude

1. Effet inducteur de la metformine sur l’immunité des plantes
   Les chercheurs ont d’abord traité des feuilles d’Arabidopsis avec des concentrations variables de metformine et mesuré les niveaux d’expression des gènes de défense (comme FRK1, GST1, PR1 et NHL10). Les résultats montrent que la metformine peut augmenter de manière significative l’expression des gènes de défense, et cet effet inducteur dépend de la dose.
   Par la suite, les chercheurs ont validé l’effet de la metformine sur la réponse immunitaire des plantes à travers des expériences d’accumulation de ROS (espèces réactives de l’oxygène) et de phosphorylation de MAPK (kinase activée par un mitogène). Les résultats montrent que la metformine peut induire de manière significative l’accumulation de ROS et la phosphorylation de MAPK, indiquant qu’elle active le système immunitaire des plantes.

2. Expériences d’infection par des pathogènes
   Pour évaluer davantage l’effet de la metformine sur la prévention des maladies des plantes, les chercheurs ont pulvérisé des feuilles d’Arabidopsis avec différentes concentrations de metformine, puis les ont inoculées avec le pathogène Pseudomonas syringae pv. tomato (Pst) DC3000. Les résultats montrent que la metformine peut augmenter de manière significative la résistance des plantes au pathogène. De plus, la metformine améliore également la résistance des cultures comme la tomate, le soja et le poivre à des pathogènes tels que Phytophthora capsici.

3. Exploration des mécanismes d’action de la metformine
   En utilisant la résonance plasmonique de surface (SPR) et la thermophorèse microscopique (MST), les chercheurs ont découvert que la kinase dépendante du calcium 28 (CPK28) est une cible potentielle de la metformine. Des expériences supplémentaires montrent que la metformine inhibe l’interaction entre Bik1 et CPK28, bloquant ainsi la phosphorylation de CPK28 médiée par Bik1 et atténuant l’effet de régulation négative de CPK28 sur la réponse immunitaire.
   Les expériences de docking moléculaire prédisent que la metformine forme des liaisons hydrogène avec T76 et D209 dans la région kinase de CPK28, inhibant ainsi la fonction de CPK28. Les expériences de mutation confirment que le site T76 est un site clé pour la liaison de la metformine à CPK28 et l’inhibition de sa fonction.

Principaux résultats

1. La metformine peut augmenter de manière significative la résistance des plantes aux pathogènes et induire une réponse immunitaire en activant MAPK, en augmentant l’expression des gènes de défense et en améliorant l’éclatement de ROS.
   
2. CPK28 est une cible directe de la metformine. La metformine inhibe l’interaction entre Bik1 et CPK28, bloquant la phosphorylation de CPK28 médiée par Bik1, atténuant ainsi l’effet de régulation négative de CPK28 sur la réponse immunitaire.
   
3. La metformine montre une activité large spectre contre les pathogènes dans des cultures comme la tomate, le soja et le poivre, indiquant sa valeur potentielle pour des applications pratiques.

Conclusion de l’étude

Cette étude révèle que la metformine et ses dérivés constituent une nouvelle famille d’inducteurs d’immunité des plantes à large spectre. La metformine renforce la réponse immunitaire des plantes en ciblant CPK28 et en inhibant la phosphorylation de CPK28 médiée par Bik1. Ce mécanisme fournit une base théorique pour le développement de nouveaux inducteurs d’immunité des plantes. De plus, cette étude montre aussi la possibilité d’utiliser les systèmes végétaux comme modèle pour étudier les fonctions et les mécanismes de la metformine, offrant ainsi de nouvelles perspectives pour l’exploration d’autres rôles de la metformine chez les mammifères.

Points forts de l’étude

1. Nouveaux inducteurs d’immunité des plantes : Cette étude est la première à découvrir que la metformine et ses dérivés peuvent servir d’inducteurs d’immunité des plantes à large spectre, offrant de nouveaux outils chimiques pour la lutte durable contre les maladies des plantes.
   
2. Éclaircissement des mécanismes : Les chercheurs ont pour la première fois élucidé le mécanisme moléculaire par lequel la metformine renforce l’immunité des plantes en inhibant l’interaction entre Bik1 et CPK28, fournissant ainsi une nouvelle perspective pour comprendre la régulation de l’immunité des plantes.
   
3. Valeur d’application potentielle : La metformine montre une activité significative contre les pathogènes dans plusieurs cultures, démontrant sa valeur potentielle pour des applications agricoles.

Signification et valeur

Cette étude fournit non seulement une base scientifique pour le développement de nouveaux inducteurs d’immunité des plantes, mais offre également de nouvelles perspectives pour l’exploration d’autres rôles et mécanismes de la metformine chez les mammifères. En activant le système immunitaire des plantes pour lutter contre les maladies, il est possible de réduire l’utilisation de pesticides chimiques, minimisant ainsi les risques environnementaux et sanitaires. De plus, cette étude montre la possibilité d’utiliser les systèmes végétaux comme modèle pour étudier les fonctions et les mécanismes de la metformine, ouvrant de nouvelles voies pour les recherches futures.