Signalisation des Composés Allélopathiques et des Strigolactones

Notre agriculture fait face au défi de la transition agroécologique avec notamment la nécessité de réduire progressivement l’usage des herbicides. Le développement de stratégies innovantes pour l’agriculture de demain pourrait venir de nouvelles connaissances sur les mécanismes naturels de régulation des interactions plantes-plantes, comme l’allélopathie. Ce processus par lequel les plantes libèrent des composés chimiques dans la rhizosphère, molécules modifiant la croissance des plantes voisines, apparaît comme un levier intéressant pour favoriser la régulation biologique des adventices. A ce jour, peu de composés allélopathiques ont été identifiés et nos connaissances sur les mécanismes moléculaires en jeu sont limitées, en partie lié à des contraintes méthodologiques. L’équipe SAS développe des projets couplant des approches de génétique et de métabolomique afin d’identifier les gènes et les métabolites impliqués dans l’allélopathie. En utilisant un dispositif innovant de phénotypage des propriétés allélopathiques et des études de génomique d'association (GWAS), il a été possible d’identifier des gènes candidats potentiellement impliqués dans la biosynthèse de signaux allélopathiques chez la plante modèle Arabidopsis.    

Les strigolactones sont perçues par les plantes terrestres en tant qu’hormone végétale, par les plantes parasites de la famille des Orobanchaceae (genres Striga, Orobanche, Phelipanche) en tant que stimulant de la germination et par les champignons endomycorhiziens à arbuscules. Le récepteur des strigolactones chez les plantes vasculaires (D14 du riz, RMS3 du pois) fait partie de la grande famille des α/β-hydrolases. Ces protéines sont donc à la fois des récepteurs et des enzymes. En 2016, l’équipe a cherché à mieux comprendre le rôle de cette activité enzymatique dans le mécanisme de perception des SL. Nos résultats ont révélé un mécanisme original de réception hormonale par lequel le récepteur effectue une réaction enzymatique irréversible pour générer son propre ligand. L’équipe s’intéresse actuellement aux récepteurs de strigolactones (et autres stimulants de germination) chez la plante parasite du tournesol, Orobanche cumana. Chez ces plantes parasites obligatoires, on observe (comme chez la mousse, voir ci-dessous) une diversification des protéines KAI2, les homologues du récepteur D14. 

Les strigolactones sont des molécules très anciennes et très diverses. Une étude récente sur la bryophyte Marchantia paleacea suggère que chez les premières plantes terrestres, les strigolactones n’avaient pas de rôle hormonal mais plutôt un rôle dans la rhizosphère, notamment pour la mise en place de la symbiose avec les champignons mycorhiziens. Chez la bryophyte modèle utilisée au laboratoire, la mousse Physcomitrium patens, les strigolactones semblent avoir un rôle hormonal et/ou de molécule allélopathique car exsudée par les plantes et régulant l’extension des plantes. L’équipe a identifié les récepteurs de strigolactones chez la mousse et cherche à mieux comprendre l’évolution des voies de signalisation de ces molécules qui ont certainement participé à la colonisation du milieu terrestre par les plantes il y a plus de 450 millions d’années. Dans le cadre du projet ANR MALCOM-X (2022-2026), l’équipe vise à identifier la structure des molécules allélopathiques chez Physcomitrium patens. 

En 2008, les strigolactones sont devenues une nouvelle classe d’hormones végétales pour leur rôle dans le contrôle de la ramification, découverte à laquelle l’équipe a participée. L’équipe ne va pas poursuivre cette thématique après la thèse en cours sur la caractérisation de gènes de la voie de biosynthèse chez le pois. Une des questions qui se posent actuellement est l’identification des strigolactones qui inhibent la ramification chez le pois. Chaque espèce produit un mélange de différentes strigolactones. La thèse porte sur les gènes en aval dans la voie de biosynthèse et impliqués dans la diversification des strigolactones. Les mutants pour ces gènes, déficients en certaines strigolactones du pois, ne présentent pas le phénotype classique d’hyper-ramification ce qui suggère que ces strigolactones (dites canoniques) n’ont pas de rôle hormonal mais plutôt un rôle dans la rhizosphère.