Selon une étude menée par des scientifiques de Scripps Investigation et du Howard Hughes Clinical Institute, une famille de protéines qui détectent la drive mécanique – et permettent notre sens du toucher et de nombreuses autres fonctions corporelles importantes – sont également essentielles à la croissance des racines de certaines plantes. (HHMI).



La découverte, publiée dans les details à une origine évolutive ancienne pour les protéines PIEZO, qui jusqu’à présent avaient été principalement caractérisées chez les animaux. Cette avancée dans la biologie de foundation peut également conduire à de nouvelles stratégies pour améliorer les rendements des cultures, disent les chercheurs.

« Notre découverte que les protéines PIEZO fonctionnent comme des transducteurs des forces mécaniques chez les plantes, ainsi que chez les animaux, suggère la grande significance de ces protéines pour les organismes vivants sur Terre », déclare l’auteur principal Seyed Ali Reza Mousavi, PhD, associé de recherche postdoctorale dans le Laboratoire de recherche Scripps d’Ardem Patapoutian, PhD.



« Il est remarquable que l’évolution ait utilisé le même sort de molécule pour que nous puissions sentir le toucher et pour que les racines des plantes détectent la dureté du sol », déclare Patapoutian, professeur et président de la Chaire présidentielle en neurobiologie à Scripps Investigate et chercheur à HHMI.

Patapoutian, l’auteur principal de l’étude, est crédité de la découverte des protéines PIEZO il y a approximativement dix ans – un exploit qui lui a valu le prix Kavli 2020 en neurosciences et de nombreux autres prix. La découverte a conduit à une foule de découvertes supplémentaires qui ont mis en lumière la façon dont une gamme de circumstances médicales, de l’insuffisance cardiaque à la douleur chronique.

Sentir la power physique

Les protéines PIEZO ont peu de ressemblance avec les autres familles de protéines biologiques. Chez les mammifères – la seule grande classe d’animaux dans laquelle ils ont été beaucoup étudiés – ils forment des buildings frappantes en forme d’hélice dans les membranes externes des cellules.

Lorsqu’elles sont étirées ou pressées au-delà d’un seuil, ces buildings permettent à des molécules chargées, appelées ions, de s’écouler dans ou hors de leurs cellules hôtes.

Les deux protéines PIEZO chez les mammifères, PIEZO1 et PIEZO2, sous-tendent une grande variété de fonctions qui nécessitent cette conversion de la drive mécanique en signaux cellulaires – fonctions comprenant le sens du toucher, le sens des positions du corps et des membres qui permet l’équilibre, le sens de la plénitude de la vessie et la régulation de la pression artérielle.

Le laboratoire de Patapoutian et d’autres ont trouvé des protéines de type PIEZO, avec des fonctions de capteur mécanique apparentes, chez d’autres animaux, y compris les drosophiles.

Un rôle vital dans le règne végétal

Quand au cours de la longue histoire de la vie sur Terre ces protéines uniques et polyvalentes ont-elles évolué ? Pour aider à répondre à cette problem, Mousavi et d’autres membres de l’équipe de Patapoutian ont examiné Arabidopsis thaliana, un guardian nuisible de la plante de moutarde qui est un modèle de laboratoire typical pour la recherche en biologie végétale. Le génome d’Arabidopsis comprend un gène codant pour une protéine de form PIEZO, ce qui laisse entendre que ces protéines fonctionnent également comme des mécanocapteurs dans le règne végétal.

Les scientifiques ont d’abord examiné les emplacements de la plante où la protéine, PZO1, est fabriquée et l’ont trouvée concentrée dans les extrémités des racines. En supprimant le gène PZO1, ils ont observé que les plantes Arabidopsis avaient des racines plus courtes. Dans une longue série d’expériences supplémentaires, ils ont découvert que le PZO1 dans les cellules de l’extrémité des racines répond aux stimuli mécaniques avec des flux d’ions – ce qui en fait un mécanocapteur comme ses homologues mammifères.

La façon exacte dont les capacités de mécano-détection de PZO1 aident les racines à pousser reste un mystère. Mais Mousavi, Patapoutian et ses collègues soupçonnent que cela aide les cellules de l’extrémité des racines à détecter et à s’adapter aux forces mécaniques potentiellement fortes qu’elles rencontrent lorsque la racine tente de pénétrer dans les sols – en particulier les sols as well as secs et furthermore durs.

« Si l’activité du PZO1 augmente, cela pourrait aider les plantes à étendre leur système racinaire dans des ailments sèches et à avoir un meilleur accès à l’eau », dit Mousavi. Si cela s’avère être le cas, stimuler l’activité du PZO1 pourrait être un moyen d’augmenter les rendements des cultures dans des circumstances de sol difficiles, dit-il.

Mousavi tente maintenant de clarifier la fonction précise de PZO1 dans Arabidopsis avec des expériences dans des circumstances réelles. Il espère également étudier le rôle des protéines de type PIEZO dans les cultures vivrières, notamment le maïs et le riz.

La recherche a été soutenue par le Fonds countrywide suisse de la recherche scientifique (P300PA_164695, P2LAP3_151727), les Countrywide Institutes of Wellness (GM114660, R01HL143297), HHMI et le China Scholarship Council.