La défense induite des plantes et la spécificité des espèces

Cela fait plus de 350 millions d'années que les plantes sont confrontées à la menace d'être mangées par des insectes herbivores affamés. Au cours de cette période, elles ont développé de nombreuses stratégies sophistiquées pour se protéger de leurs ennemis, notamment des barrières physiques, des toxines et des composés qui interrompent ou inhibent l'alimentation (antiappétants).

Cependant, ces défenses sont coûteuses pour les plantes; par conséquent, on pense que la défense induite, qui n'est activée que lorsque la plante est attaquée, a évolué comme un moyen de réduire ces coûts. Le projet INDUCED DEFENCE (Herbivore induced plant defences: The evolution and genetic basis of their specificity) a cherché à savoir si cette forme de défense est spécifique des espèces.

On pense que la spécificité des défenses des plantes est facilitée par des indices chimiques appelés éliciteurs liés aux herbivores (HAE pour «herbivore-associated elicitors» en anglais), mais la manière dont la spécificité a évolué n'est pas claire. Le projet INDUCED DEFENCE a par conséquent étudié l'évolution et la spécificité des défenses des plantes induites par les HAE et identifié la base génétique de la spécificité.

Les chercheurs ont étudié les défenses induites dans des espèces étroitement liées de plants de tabac (Nicotiana) et les éliciteurs de différentes sécrétions orales d'insectes. Les résultats ont montré que les défenses par HAE sont fortement spécifiques des différentes espèces de Nicotiana. Il a été observé que des espèces particulières de Nicotiana mettent en œuvre des réponses distinctes pour différents HAE, et qu'un HAE peut induire des réponses différentes parmi des espèces de Nicotiana étroitement liées.

L'effet des défenses par HAE sur les herbivores est différent entre Manduca sexta, qui se nourrit spécialement des plantes de la famille des Solanacées (qui inclut le tabac) et le Spodyptera littoralis qui est polyphage.

Les transcriptomes de feuilles de six espèces de Nicotiana, induits par différents HAE, ont été séquencés et un réseau de co-expression clé a été identifié. Le réseau de co-expression correspond à la spécificité des défenses induites par HAE chez Nicotiana, à la fois au sein et entre les espèces. Une analyse fonctionnelle a confirmé que le réseau de co-expression identifié était impliqué dans une signalisation de défense précoce induite par HAE.

Une approche phylogénomique a été utilisée pour clarifier la compréhension du réseau de co-expression identifié. Elle a indiqué que les évènements de duplication sur l'ensemble du génome chez les Solanacées contribuent à l'évolution du réseau de signalisation précoce induit par HAE chez les Nicotiana.

Le réseau identifié de co-expression induit par les herbivores et la découverte que la duplication sur l'ensemble du génome influence de manière significative l'évolution des défenses induites par les herbivores sera très utile pour les phytogénéticiens. De plus, les nouvelles méthodes développées permettront aux futurs chercheurs d'identifier rapidement les gènes impliqués dans des traits complexes.

Les gènes candidats identifiés par le projet INDUCED DEFENCE pourrait révolutionner notre compréhension de la manière dont les plantes perçoivent les herbivores, bénéficiant ainsi à la protection des cultures dans le monde entier.