Des chercheurs identifient des peptides pour la croissance du tube pollinique du riz

Jul 11, 2023

10 août 2023

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relire

par l'Université nationale de Pusan

La double fécondation est un mécanisme complexe chez les plantes à fleurs, dans lequel deux spermatozoïdes fusionnent avec le sac embryonnaire. Pour y parvenir, les pollens libérés par les anthères doivent interagir avec les stigmates de la plante, s'hydrater et germer dans les tubes polliniques. Ainsi, la germination et l’allongement du tube pollinique sont cruciaux pour la double fécondation, qui, à son tour, influence le rendement en grains des plantes cultivées.

Le processus de fécondation nécessite des hormones peptidiques appelées facteurs d’alcalinisation rapide (RALF), qui participent à la transduction du signal. Des études ont montré que les RALF jouent un rôle important dans la croissance du tube pollinique. Cependant, leur rôle dans les plantes monocotylédones comme le riz reste inexploré.

Aujourd'hui, une équipe de chercheurs coréens, dirigée par le professeur adjoint Yu-Jin Kim du Département des sciences de la vie et de biochimie environnementale de l'Université nationale de Pusan, comprenant le doctorant Eui-Jung Kim de l'Université Kyung Hee, a identifié et caractérisé deux peptides RALF dans le riz (Oryza sativa). Leurs recherches ont été mises en ligne dans le Journal of Integrative Plant Biology.

L’équipe a analysé les séquences protéiques de la base de données du Rice Genome Annotation Project et a identifié 41 gènes RALF. Parmi eux, OsRALF17 et OsRALF19 ont été exprimés en quantités élevées dans le pollen et les tubes polliniques en particulier. Les chercheurs ont caractérisé leurs peptides correspondants à l’aide de plusieurs systèmes de répétitions palindromiques régulièrement espacées (CRISPR)/protéine associée à CRISPR 9 (Cas9).

Ils ont généré des mutants knock-out dans lesquels l’un ou les deux gènes RALF spécifiques au pollen n’étaient pas exprimés. Le manque d'expression d'OsRALF17 et d'OsRALF19 a provoqué une stérilité mâle quasi totale chez le riz avec des défauts d'hydratation du pollen, de germination et de croissance des tubes, indiquant leur importance cruciale dans la reproduction mâle et la production de graines. Fait intéressant, lorsque les peptides synthétiques OsRALF17 et OsRALF19 ont été appliqués de manière exogène aux mutants knock-out, ils ont inversé certains de leurs défauts de fertilité.

Expliquant les applications réelles des RALF, le Dr Kim explique : « Les peptides RALF peuvent contrôler la fertilisation des plantes en agissant comme des hormones chimiques naturelles et des biocontrôleurs. »

Pour tester le potentiel des OsRALF exogènes en tant que biocontrôleurs, l'équipe a ajouté les deux peptides à de faibles concentrations à des plants de riz normaux, ce qui a amélioré l'allongement du tube pollinique. De plus, l’effet semblait dépendre de la dose, car les OsRALF inhibaient la germination et la croissance des tubes polliniques à des concentrations plus élevées. Par conséquent, les OsRALF pourraient contrôler l’équilibre de la croissance des tubes.

Enfin, les chercheurs ont mené des expériences transcriptomiques et protéomiques pour comprendre le mécanisme d’action d’OsRALF17 et OsRALF19. Ils ont découvert que les deux peptides se lient à un récepteur protéique appelé Oryza sativa male-gène transfert défectueux 2 (OsMTD2) et transmettent des signaux via des espèces réactives de l'oxygène, ce qui facilite la germination du tube pollinique et maintient l'intégrité du riz.

Cette étude fournit de nouvelles informations sur le rôle des RALF et de l'OsMTD2 dans la fertilisation des plants de riz, ce qui pourrait potentiellement bénéficier à l'agriculture. "Le riz est l'une des cultures vivrières les plus importantes, et le changement climatique mondial nécessite de nouvelles ressources génétiques et de nouveaux cultivars pour une meilleure production agricole. Comme le développement de nouveaux cultivars nécessite des lignées mâles stériles, le contrôle de la fertilité mâle via les peptides RALF ou les lignées mutantes RALF pourrait être utile pour ". En outre, les ressources génétiques utiles du riz pourraient être appliquées à d'autres plantes cultivées", conclut le Dr Kim.