Le facteur de transcription du riz BHLH25 confère une résistance à de multiples maladies en détectant le H2O2

Contexte académique

Lorsqu’ils sont confrontés à une invasion pathogène, les plantes activent une série complexe de mécanismes de défense. Parmi ceux-ci, les espèces réactives de l’oxygène (Reactive Oxygen Species, ROS) jouent un rôle crucial dans la réponse immunitaire des plantes. Le peroxyde d’hydrogène (H₂O₂), en tant que composant principal des ROS, est considéré comme une molécule de signalisation clé dans l’immunité des plantes. Cependant, la manière dont le H₂O₂ est perçu dans les cellules végétales et converti en signaux de défense, en particulier comment les facteurs de transcription le perçoivent directement et régulent l’expression des gènes, reste un mystère.

Des études antérieures ont montré que le H₂O₂ peut réguler la fonction des protéines en oxydant les résidus de cystéine (Cysteine) et de méthionine (Methionine) dans les protéines. Cependant, les mécanismes par lesquels les facteurs de transcription perçoivent directement le H₂O₂ et régulent la réponse immunitaire des plantes restent mal compris. Cette étude vise à révéler comment le facteur de transcription BHLH25 du riz perçoit le H₂O₂ pour réguler la résistance multiple aux maladies des plantes et à explorer la généralité de ce mécanisme dans le règne végétal.

Source de l’article

Cette recherche a été menée conjointement par Haicheng Liao, Yu Fang, Junjie Yin et d’autres scientifiques de l’Université agricole du Sichuan, de l’Université technique de Zvolen en Slovaquie, de l’Université Teikyo au Japon et d’autres institutions. L’article a été publié en ligne le 14 janvier 2025 dans la revue Cell Research, sous le titre Rice transcription factor BHLH25 confers resistance to multiple diseases by sensing H₂O₂.

Processus et résultats de la recherche

1. Le H₂O₂ favorise l’immunité des plantes via la biosynthèse de la lignine médiée par OsLAC7/28/29

L’étude a commencé par traiter les racines du riz avec du H₂O₂ exogène, constatant que le H₂O₂ renforce significativement la résistance du riz au champignon Magnaporthe oryzae. Grâce à l’analyse par séquençage d’ARN, les chercheurs ont identifié 1596 gènes régulés à la hausse par le H₂O₂, parmi lesquels les gènes liés à la biosynthèse de la paroi cellulaire étaient particulièrement significatifs. Une analyse plus approfondie a révélé que l’expression de trois gènes de biosynthèse de la lignine (OsLAC7, OsLAC28 et OsLAC29) était significativement augmentée après traitement au H₂O₂.

À travers des expériences de knock-out (KO) et de surexpression (OE), les chercheurs ont confirmé le rôle crucial d’OsLAC7/28/29 dans la biosynthèse de la lignine et la résistance aux maladies. Les plantes triple KO (OsLAC7/28/29-KO) ont montré une teneur en lignine et une résistance aux maladies significativement réduites, tandis que les plantes surexprimées ont présenté une teneur en lignine plus élevée et une résistance accrue. De plus, la résistance induite par le H₂O₂ était significativement affaiblie chez les plantes OsLAC7/28/29-KO, indiquant que le H₂O₂ renforce l’immunité des plantes via la biosynthèse de la lignine médiée par OsLAC7/28/29.

2. OsLAC7/28/29 est régulé par miR397b

Les chercheurs ont également découvert que l’expression d’OsLAC7/28/29 est régulée par miR397b. En utilisant le criblage par levure monohybride et des expériences de purification par affinité d’ADN, ils ont identifié que le facteur de transcription BHLH25 peut se lier directement au promoteur de miR397b et en inhiber l’expression. La surexpression de BHLH25 a significativement réduit l’expression de miR397b, augmentant ainsi l’expression d’OsLAC7/28/29. À l’inverse, le knock-out de BHLH25 a entraîné une augmentation de l’expression de miR397b et une diminution de l’expression d’OsLAC7/28/29.

3. BHLH25 régule la biosynthèse de la lignine et la résistance aux maladies via miR397b

La surexpression de BHLH25 a significativement renforcé la biosynthèse de la lignine et la résistance aux maladies du riz, tandis que le knock-out de BHLH25 a entraîné une réduction de la teneur en lignine et de la résistance. De plus, le knock-out de miR397b a significativement augmenté la teneur en lignine et la résistance, tandis que la surexpression de miR397b a eu l’effet inverse. Ces résultats montrent que BHLH25 favorise la biosynthèse de la lignine en inhibant l’expression de miR397b, renforçant ainsi la résistance aux maladies des plantes.

4. BHLH25 renforce la résistance aux maladies via la biosynthèse de phytoalexines médiée par CPS2

En plus de réguler la biosynthèse de la lignine, BHLH25 renforce également la résistance aux maladies en favorisant l’expression du gène de biosynthèse des phytoalexines CPS2. BHLH25 se lie directement au promoteur de CPS2 et en favorise l’expression. La surexpression de BHLH25 a significativement augmenté la teneur en phytoalexine C, tandis que le knock-out de BHLH25 a entraîné une réduction significative. De plus, la surexpression de CPS2 a significativement renforcé la résistance aux maladies du riz, tandis que le knock-out de CPS2 a eu l’effet inverse.

5. BHLH25 régule la réponse de défense via les changements d’état d’oxydation de M256

Les chercheurs ont découvert que BHLH25 est oxydé par le H₂O₂ lors d’une invasion pathogène, en particulier au niveau du résidu de méthionine 256 (M256). BHLH25 oxydé se lie plus facilement au promoteur de miR397b, inhibant ainsi son expression et favorisant la biosynthèse de la lignine. Au fur et à mesure que la biosynthèse de la lignine progresse, le H₂O₂ est consommé, et l’état d’oxydation de BHLH25 se rétablit progressivement, favorisant ainsi l’expression de CPS2 et renforçant la biosynthèse des phytoalexines.

Grâce à des expériences de mutagenèse, les chercheurs ont découvert que la mutation de M256 en valine (Valine) empêche BHLH25 de se lier aux promoteurs de miR397b et de CPS2, rendant impossible la régulation de la biosynthèse de la lignine et des phytoalexines, ce qui entraîne une réduction significative de la résistance aux maladies. Cela indique que M256 est un site clé pour la perception du H₂O₂ par BHLH25 et la régulation de la réponse de défense.

6. La conservation généralisée de BHLH25 dans le règne végétal

Les chercheurs ont également analysé les gènes homologues de BHLH25 dans 110 génomes de plantes, constatant que les résidus de méthionine de type M256 sont hautement conservés dans ces gènes homologues. De plus, la protéine homologue de BHLH25 chez Arabidopsis thaliana (AtBHLH25) présente un mécanisme de perception du H₂O₂ similaire, suggérant que ce mécanisme est largement répandu dans le règne végétal.

Conclusion et signification

Cette étude révèle un nouveau mécanisme par lequel le facteur de transcription BHLH25 du riz perçoit le H₂O₂ pour réguler la résistance multiple aux maladies des plantes. BHLH25, via les changements d’état d’oxydation de son résidu M256, régule respectivement la biosynthèse de la lignine et des phytoalexines, renforçant ainsi les barrières physiques et les défenses chimiques des plantes. Ce mécanisme aide non seulement les plantes à résister efficacement aux invasions pathogènes, mais empêche également l’accumulation excessive de H₂O₂, de lignine et de phytoalexines, qui pourrait nuire à la croissance des plantes.

De plus, la conservation généralisée de BHLH25 et de ses gènes homologues dans le règne végétal suggère que ce mécanisme pourrait être universel chez de nombreuses plantes, offrant de nouvelles perspectives pour le développement de cultures résistantes à un large spectre de maladies.

Points forts de la recherche

1. Découverte d’un nouveau mécanisme : Première révélation du mécanisme par lequel le facteur de transcription BHLH25 perçoit le H₂O₂ pour réguler la résistance multiple aux maladies des plantes.
2. Double voie de défense : BHLH25, via les changements d’état d’oxydation, régule à la fois la biosynthèse de la lignine et des phytoalexines, formant un système de double défense.
3. Identification d’un site clé : L’oxydation du résidu M256 est essentielle pour la perception du H₂O₂ par BHLH²5 et la régulation de la réponse de défense.
4. Conservation généralisée : La conservation généralisée de BHLH25 et de ses gènes homologues dans le règne végétal suggère que ce mécanisme pourrait être universel.

Autres informations utiles

Cette étude fournit également des méthodes expérimentales détaillées et des processus d’analyse de données, y compris le séquençage d’ARN, le criblage par levure monohybride, la purification par affinité d’ADN, et la chromatine immunoprécipitation (ChIP-qPCR), offrant des références techniques précieuses pour les chercheurs dans ce domaine. De plus, l’équipe de recherche a développé un anticorps spécifique reconnaissant l’oxydation de M256, fournissant un outil puissant pour les études futures sur l’état d’oxydation de BHLH25.

Grâce à cette recherche, nous comprenons non seulement en profondeur les mécanismes moléculaires de la réponse immunitaire des plantes, mais nous disposons également de nouvelles bases théoriques et de soutiens technologiques pour le développement futur de cultures résistantes aux maladies.