Octobre 2001 n°188
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| Bulletin des BioTechnologies – Octobre 2001
Octobre 2001n°188La numérotation des paragraphes est destinée à faciliter l’utilisation des rappels dans et entre numéros de ce bulletin. Elle permet également de voir où ont été effectuées les omissions d’articles par rapport à la version électronique disponible sur le Web. Figurent également les délétions dans les commentaires (###) destinées à alléger ce bulletin sous sa forme «papier». André BERKALOFF e-mail : andre.berkaloff@igmors.u-psud.fr Concepts et Techniques 1 L'annotation systématique des interactions potentielles entre protéines est un pas de plus dans la détermination de leurs fonctions. La difficulté est d'être capable d'éliminer les interactions non spécifiques tout en ne manquant aucune de celles qui sont spécifiques. Les méthodes à mettre en œuvre devraient pouvoir s'appliquer à toutes les protéines sans trop d'adaptations. De telles stratégies universelles n'existent encore pas. Une revue, J Pelletier et al.; Current Opinion in Biotechnology 12 (AUG01) 340 347### fait le tour des stratégies potentielles dans ce domaine. La revue se concentre sur les méthodes utilisant les séquences codantes. Les bibliothèques de polypeptides basées sur la séquence codante peuvent être utilisées, soit en les criblant in vitro face à un ligand donné, soit in vivo en exprimant les polypeptides en même temps qu'une protéine donnée, la mesure de l'efficacité étant un phénotype donné repérable. Dans les méthodes in vitro, on a également utilisé l'exhibition à la surface de cellules, mais l'étape de transformation est limitante. On pourrait tourner cette difficulté par la traduction in vitro, encore faudrait-il pouvoir mieux standardiser la méthode. La méthode in vivo la plus connue est la méthode des doubles hybrides, où deux parties d'une molécule régulatrice ne peuvent se réassembler (et devenir fonctionnelles) que grâce à deux protéines capables de se lier sur lesquelles elles ont été greffées. Ces stratégies supposent une activation de la transcription d'un gène reporteur. Or le signal détecté n'est pas, à proprement parler, une conséquence directe de l'interaction et, de ce fait, toute perturbation de la transcription va empêcher la détection. On peut utiliser une enzyme ou la protéine fluorescente verte (GFP) sous la forme de deux fragments protéiques réassociés. Dans ce dernier cas le tri cellulaire par fluorescence à haut débit est possible. On a, par ailleurs, développé des techniques encore plus raffinées, en envoyant dans la membrane l'une des protéines, tandis que l'autre est fusionnée avec des protéines comme Sos ou Ras dont l'activation dépend de leur localisation membranaire. Cette activation conduit à un phénotype repérable, comme la croissance température dépendante (Sos de Stratagene) ou l'expression d'un gène reporteur comme celui de la luciférase à la suite du signal transmis par Ras. Enfin la revue mentionne les techniques de transfert de fluorescence ou de bioluminescence qui exige la proximité de deux protéines (respectivement FRET et BRET, voir le Bulletin de Juillet §1). Des ensembles d'interactions ont été identifiés chez la levure, des bactéries (Helicobacter pylori par exemple) et chez des virus (vaccine et hépatite C). Dans ces cas, on a utilisé la technique matricielle en affrontant un ensemble de protéines prédéfinies avec un autre. Ceci a été réalisé chez la levure (P Uetz et al.; Nature 403 (FEB01) 623-627 et T Ito et al.; Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 97 (01FEB00) 1143-1147, voir le Bulletin de Mai) et laisse à penser que la technique est encore trop peu sensible (ou que les interactions sont plus complexes que prévues) dans la mesure où seulement 15% des interactions connues ont pu être détectées. On a commencé, par ailleurs, à s'intéresser à des interactions multiples au sein de complexes. C'est le cas pour l'analyse des interactions de 27 protéines de Caenorhabditis elegans impliquées dans le développement vulvaire (AJ Walhout et al.; Science 287 (07JAN00) 116-122). Ils ont retrouvé 50% des interactions connues, ce qui signifie que les faux négatifs étaient relativement moins nombreux que dans le cas précédent. La revue discute également des principes d'association de protéines : ceux qui impliquent des domaines disjoints le long de la molécule, et ceux qui impliquent des séquences continues. 2 Diverses techniques se développent pour accélérer l'obtention de la conformation et de la structure tridimensionnelle des protéines. Ceci permet une approche rationnelle des modifications souhaitées. Une revue porte sur l'obtention de telles structures 3D et 4D (déformation dans le temps) à haut-débit (relatif) par des méthodes informatiques. Dans beaucoup de cas, les informations ainsi obtenues peuvent être aussi bonnes que celles qui sont obtenues à partir de la structure cristalline, et à bien meilleur marché. ET Maggio et al.; Trends in Biotechnology 19 (JUL01) 266 272. Les auteurs sont des chercheurs de la firme Structural Bioinformatics de San Diego qui gère la banque de données ProMax™ de cibles pharmaceutiques. C'est une des raisons de l'émergence de plusieurs programmes dans le monde de protéomique. C'est le cas de la Protein Structure Initiative de 125 millions de dollars des National Institutes of Health lancée en 2000 et destinée à produire 10 000 structures disponibles sur Internet. C'est également le cas du Protein Folds Project du RIKEN à Yokohama qui va mettre en œuvre 16 spectromètres RMN pour déterminer la structure de plus petits peptides avec une très haute résolution. . Ces projets reposent sur une accélération de l'obtention des données par des méthodes physiques classiques comme la diffraction X. Mais les préparations préliminaires à l'utilisation de ces techniques sont ardues et seulement une protéine sur vingt s'y prête. Le coût élevé et la lenteur de l'obtention des résultats est certainement un handicap pour des initiatives privées dans le domaine, et pourtant elles existent. Le modelage par analogie (homology modeling) est une étape dans la généralisation. Il exige qu'au moins une structure cristalline soit établie pour chaque classe de structure protéique. On peut estimer que de telles extrapolations augmentent de 100 fois le nombre de structures raisonnablement déduites. Les déductions de structures par les méthodes informatiques posent quand même des questions de fiabilité et de domaines d'utilisation. L'"homology modeling" et les techniques de "threading" sont basées sur des connaissances préalables, le threading étant une technique qui va un peu au-delà du simple alignement de séquences pour rechercher des conformations similaires sans faire nécessairement intervenir les homologies de séquence. Cette dernière technique est à haut débit, mais faible résolution. La première est bien adaptée à la détermination de la structure du cœur de la protéine étudiée, mais peu à celle des structures périphériques moins contraintes. Elle est cependant en cours d'évolution rapide vers une très bonne résolution. Ces améliorations portent surtout sur une meilleure détermination des structures de surface. Les techniques de "threading" restent utilisées quand on ne dispose pas d'assez d'informations structurales pour pratiquer le modelage par analogie. Elles donnent usuellement plusieurs configurations possibles, de sorte qu'on ne sait pas quelle est la bonne. De plus, la structure déduite diffère la plupart du temps de plusieurs Å par rapport à celle vérifiée par cristallographie qui, elle même, a une imprécision de l'ordre de 1,5Å actuellement. Les résultats sont donc inutilisables, dans la plupart des cas, pour des raisons de résolution. Ils sont, par contre, utilisables pour prédire des fonctions. L'objectif actuel est d'obtenir une image 4D. L'accès à des super ordinateurs ouvre, dans ce domaine des horizons nouveaux. Une nouvelle technique dérivant des techniques spatiales (Multi Body OrderN Dynamics [MBOND] permet de simuler avec une résolution dans le temps dix fois meilleure que les techniques informatiques plus anciennes, des oscillations lentes ( >0.5 1 nanoseconde) de structures comme des mouvements inter-domaines. Le terme de "body" fait référence à des éléments de structure de la protéine comme les acides aminés ou des boucles et hélices diverses pour intégrer les mouvements de l'ensemble. Les homologies de séquences ont leur importance, car quand elle baisse entre la protéine dont on veut déterminer la structure et le modèle de référence (structure déterminée sur cristal), la résolution baisse en conséquence. Au-dessous d'un seuil d'environ 20% d'identité de séquence, on peut encore établir la disposition des structures secondaires, mais la résolution est de ~5-10 Å, c'est-à-dire qu'on rejoint la résolution des méthodes de threading, et elle peut être suffisante pour établir, par exemple, la disposition 3D des acides aminés de sites actifs d'enzymes. . La revue analyse ensuite l'application de ces techniques à des exemples "pharmaceutiques". 3 Un commentaire très clair (H Wang et al.; Nature Biotechnology 19 (JUL01) 622 623) analyse un nouveau type de techniques permettant de comparer des séquences nucléotidiques simple- ou doubles brins en les faisant passer dans des nanopores. Le principe est que, dans une solution électrolyte, la conductance des pores dans une membrane isolante sera modifiée par l'obstruction par une molécule, et ceci ne nécessite aucune amplification. Il suffit de pouvoir sélectionner à l'entrée du pore le polynucléotide à analyser. Deux équipes ont utilisé cette technique de façons différentes, l'une de Texas A & M l'autre de University of California à Santa Cruz. Le pore utilisé dans les deux cas est basé sur l'-hémolysine, une toxine de Staphylococcus aureus.
On peut fixer, au contraire, un oligonucléotide à séquencer et faire défiler des oligos de séquence connue et ainsi déterminer la séquence. W Vercoutere et al.; Nature Biotechnology 19 (MAR01) 248-252 ont analysé des épingles ADN (donc avec un appariement localisé entre des éléments d'un seul brin). La formation des boucles empêche le transit de la molécule et la tige reste coincée dans le nanopore. On peut purger le nanopore en inversant la différence de potentiel. Et recommencer l'opération ce qui accélère considérablement la cadence d'analyse. Les auteurs ont ainsi mesuré la longueur de la zone appariée des boucles et la localisation de misappariements. Il suffit d'"entraîner" la machine. Dans ces conditions, il devrait être possible de séquencer une molécule linéaire en la faisant transiter lentement à travers le pore, et en suivant les "signatures" électriques du passage de chaque nucléotide ou paire de nucléotides. On peut également jouer sur la configuration du nanopore (voir L Movileanu et al.; Journal of General Physiology 117 (MAR01) 239-252 de la même équipe de Texas A & M qui se contente de pores pour polyéthylène-glycols mais envisage clairement d'autres molécules).Ils greffent des molécules dans le canal pour créer des constrictions et peuvent ainsi moduler le mouvement, pour l'instant de protéines, avec un polyéthylène glycol de 3,4 kDa. Les limites actuelles de la technique résident dans la fabrication de nanopores stables. On ne sait pas encore en fabriquer de ce diamètre dans des matériaux à l'état solide, ce qui serait l'idéal. Il faudrait ensuite parfaitement maîtriser la vitesse de passage des polynucléotides dans le pore. L Movileanu et al.; Nature Biotechnology 18 (OCT00) 1091-1095. 4 L'embryon du poisson zèbre présente l'intérêt d'être transparent, et l'on peut accéder optiquement à tous les organes. On vient de mettre au point une technique de modulation de l'expression d'acides nucléiques par photolyse.. H Ando et al.; Nature Genetics 28 (AUG01) 317 325.### 6 On sait plus ou moins bien procéder à une ablation d'un type cellulaire ou d'un tissu pour en étudier les conséquences. On vient d'utiliser la toxine diphtérique en exprimant son récepteur dans les cellules cibles de souris. M Saito et al.; Nature Biotechnology 19 (AUG01) 746 750.###). Voir également le commentaire de R Palmiter; p. 731 732. 7 Un problème encore mal résolu est celui de l'organisation fonctionnelle des cellules en déplacement. C'est le cas des lymphocytes T qui, de cellules rondes, vont se transformer en cellules allongées avec un pôle antérieur et un postérieur (uropode) et une extension de la partie avant associée à une rétraction de l'uropode. Les récepteurs dirigeant le déplacement sont effectivement disposés et redistribués de façon différentielle sur la membrane plasmique grâce aux fameux radeaux lipidiques. C Gómez-Moutón et al.; Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 98 (14AUG01) 9642-9647. La déplétion du cholestérol qui est, avec la sphingomyéline, un des constituants majeurs des radeaux désorganise le déplacement cellulaire. Le ganglioside GM3 est concentré à l'avant alors que c'est à l'arrière que se concentre le GM1. Cet article démontre donc qu'il n'y a pas qu'une sorte de radeaux lipidiques à la surface des cellules. Les images montrent que ces radeaux ne sont pas isolés à la surface de la cellule mais peuvent se regrouper en ce que LM Pierini et al.; p. 9471-9473, appellent des flottilles que l'on peut détecter au microscope optique alors que les radeaux individuels (100 à 300nm) ne peuvent pas l'être. La ségrégation des radeaux des deux pôles fait intervenir le cytosquelette d'actine. Le récepteur transmembranaire CD44, localisé dans l'uropode, pourrait jouer le rôle d'ancrage des radeaux sur le cytosquelette. .### 8 La Drosophile a la particularité d'entretenir ses télomères avec des rétrotransposons spécifiques, HeT-A et TART. Juste avant les répétitions de rétrotransposons, on trouve plusieurs kb de régions satellites particulières, appelées TAS (Telomere-Associated Sequences) qui jouent un rôle dans la répression de l'expression (silencing) des gènes qui y sont insérés. La régulation du "silencing" au niveau des télomères [telomeric position effect (TPE)] est différente de celle au niveau du centromère [position effect variegation (PEV)] du fait qu'à part quelques allèles du groupe Polycomb, le TPE ne répond pas aux modificateurs de PEV ou aux "silencers" développementaux. Il doit donc exister deux types de régulations. En plaçant des éléments P marqués dans les satellites subtélomériques de la Drosophile on peut constater une expression mosaïque d'un gène reporteur. L'addition d'éléments HeT-A ou TART accroît son expression, et inversement. Ces éléments ont donc un effet stimulateur. Cela fait probablement partie d'un processus de régulation de la transposition de ces éléments. MD Golubovsky et al.; Genetics 158 (JUL01) 1111-1123. 10 On connaît plusieurs cas de groupements d'organismes qui subissent une évolution divergente très rapide de leur morphologie et de leur écologie, alors que leur génome n'est apparemment pas modifié à la même cadence. C'est le cas des poissons Cichlides des grands lacs africains. Cette évolution rapide est appelée radiation adaptative, car elle correspond à une occupation de niches différentes. Cette diversification est, en général, si rapide que les fossiles indiquent une apparition quasi-simultanée des différentes branches. Il en existe des exemples dans le domaine végétal avec, notamment, les composées. C'est le cas des "silverswords" hawaïennes (des Asteracées regroupant Argyroxiphium, Dubautia et Wilkesia) comprenant aussi bien de petites plantes en rosette, que des buissons, des lianes ou des arbres. L'analyse des gènes régulateurs de floraison homologues d'APETALA3 (ASAP3/TM6) et APETALA1 (ASAP1) ainsi que du gène de structure CHLOROPHYLL A/B BINDING PROTEIN9 de l'appareil photosynthétique d'Arabidopsis, ainsi que la comparaison avec des plantes voisines du continent américain semble confirmer que cette diversité est plus vraisemblablement liée à des modifications de gènes de régulation que de gènes de structure. M Barrier et al.; Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 98 (28AUG01) 10208-10213.
Les Productions VégétalesL'expression génique 12 Des chercheurs de Leiden ont monté un système d'expression génique dans le riz inductible par les glucocorticoïdes. PB Ouwerkerk et al.; Planta 213 (JUL01) 370-378. En fait il s'agît d'un développement du système mis au point en 1997 par le groupe de Nam Chua. Il est inductible par la dexaméthazone 10 µM, et même à 1µM. Il comporte le domaine liant l'ADN de Gal4 de levure, le domaine activateur de VP16 du virus de l'herpès simplex et le domaine reconnaissant le ligand du récepteur des corticoïdes. Le tout est incorporé dans un système de vecteur binaire. 13 Des chercheurs de l'ETH de Zürich ont construit un nouveau système de commande de gènes dans les plantes, inductible par la pristinamycine (une streptogramine). Le système répresseur ainsi monté fait intervenir l'activateur transcriptionnel. AD Frey et al.; Biotechnology & Bioengineering 74 (20JUL01) 154-163.#### 14 Le Scripps Research Institute a breveté un système de régulation de la traduction chez les plantes basé sur la protéine RB47. Cette protéine était connue, mais son gène n'avait pas été cloné et donc séquencé. Le brevet couvre sa séquence, celle du site reconnu dans la partie non traduite du messager du gène chloroplastique pbsA de Chlamydomonas, ainsi que celle d'une disulfure-isomérase régulatrice, RB60. US Patent 6 294 653 (25SEP01). 15 La "signal recognition particle" (SRP) est un système universel de ciblage vers la membrane et l'exportation de protéines basé sur une nucléoprotéine. Dans son incarnation la plus primitive (c.a.d chez les procaryotes), elle contient une seule protéine appelée Ffh et un ARN (4,5S chez Escherichia coli). Tous les autres types cellulaires possèdent un tel système où plusieurs protéines et un ARN de plus grande taille peuvent intervenir, mais on ne sait toujours pas bien à quoi sert l'ARN (voir par exemple RT Batey et al., Science 287 (18FEB00) 1232). C'est un système co-traductionnel, la SRP se lie à au peptide signal et arrête la traduction, le temps de rejoindre son récepteur membranaire, puis la traduction reprend. La SRP du chloroplaste est une originale qui, non seulement ne possède pas d'ARN, mais encore intervient dans un ciblage co- et post-traductionnel de la protéine à exporter. Les deux composant de la SRP chloroplastique d'Arabidopsis thaliana viennent d'être caractérisés dans la forme impliquée dans le transport post-traductionnel. Elle comprend la protéine cpSRP54 et la protéine spécifique du chloroplaste cpSRP43. La partie C terminale de cpSRP54 est nécessaire à la formation de l'hétérodimère et cpSPR43 interagit avec des régions distinctes du domaine M de cpSRP54. Ce domaine M contient, au moins chez les autres SRPs, une grande poche hydrophobe qui doit reconnaître le peptide signal, flanquée par une boucle souple et la fente est tapissée par de nombreuses méthionines (d'où son nom). MR Groves et al.; Journal of Biological Chemistry 276 (27JUL01) 27778-27786. La Reproduction 16 Le guidage du tube pollinique vers l'ovule, où il va assurer la double fécondation classique, a probablement lieu en plusieurs étapes, dont la dernière est gouvernée par l'ovule lui-même. On vient de montrer par ablation laser que les deux synergides, les cellules qui flanquent la cellule gamétique femelle sont responsables de cette dernière phase. T Higashiyama et al.; Science 293 (24AUG01) 1480-1483. L'attraction cesse après la fécondation bien qu'une des synergides persiste. Ceci évite probablement la polyspermie. Voir également le commentaire de AY Cheung et al.; p.1441-1442.
17 On trouvera dans OA Olsen; Annual Reviews of Plant Physiology & Plant Molecular Biology 52 (2001) 233–267, une revue sur le développement de l'albumen. Celui-ci dérive de la cellule centrale binucléée du gamétophyte femelle. La cellule centrale subit également une fécondation qui va donner des noyaux triploïdes, d'abord noyés dans un cytoplasme commun (cœnocyte) qui va ensuite se cellulariser. On verra alors se former quatre types cellulaires : l'albumen amylacé, l'aleurone riche en protéines de réserves et enzymes, les cellules de transfert à vocation vasculaire et les cellules au contact de l'embryon. La revue porte, après un court survol du processus de cellularisation, sur les aspects cellulaires du cœnocyte avec les mitoses et la suppression de la formation du phragmoplaste (la future cloison intercellulaire), la migration des noyaux et l'arrêt des mitose à la fin su stade cœnocytique. ### 18 Une revue, J Giovannoni; Annual Reviews of Plant Physiology & Plant Molecular Biology 52 (2001) 725–749, fait le point sur les connaissances actuelles dans le domaine de la maturation des fruits. Je rappelle que ce que l'on appelle fruits en tant que consommateurs peut correspondre à un vrai fruit, comme un pomme ou une cerise, ou au réceptacle floral, comme dans la fraise ou l'inflorescence comme celle de l'ananas. Elle commence par une brève définition des fruits climactériques, qui mûrissent sous l'action de l'éthylène comme la tomate, et les non climactériques qui n'en ont pas besoin, comme la fraise. Elle développe les mécanismes de maturation communs à tous les fruits et souligne l'importance de cette maturation pour les usages des fruits, avec un détour sur l'intérêt dela parthénocarpie, c'est à dire le développement de fruits sans graines, soit naturellement à la suite d'anomalies génétiques comme la triploïdie de la banane ou de déficiences développementales sélectionnées comme dans les fruits "seedless" appréciés des porteurs de dentiers. L'analyse de quelques modèles, comme la tomate et Arabidopsis, et dans une moindre mesure la fraise a été réalisée. On trouvera, en particulier un tableau des mutants de maturation de tomate connus, avec les fonctions affectées (en réalité pas beaucoup de choses connues). Arabidopsis, avec le développement de la silique est actuellement le modèle probablement le plus intéressant pour arriver à une définition moléculaire des intervenants et plusieurs gènes à MADSbox ont ainsi été identifiés (Agamous-like comme FRUITFUL (AGL8). Deux gènes de déhiscence de la silique à fonctions redondantes, (AGL1 et AGL5 appelés maintenant SHATTERPROOF1 et SHATTERPROOF2 ou SHP1 et -2), sont régulés négativement par ce gène FRUITFUL. Les travaux sur la tomate (climactérique) ont beaucoup porté sur le ramollissement des tissus accompagnant la maturation, car c'est une source de pertes (en facilitant le travail des champignons et bactéries dégradant le fruit) et de raccourcissement de la durée de présentation à l'étalage. On a travaillé sur la production de l'éthylène sur sa perception et sur les conséquences sur l'activité des enzymes hydrolysant les parois dans les tissus du fruit pour permettre de libérer les graines. La transduction du signal éthylène fait encore intervenir Arabidopsis, car on peut facilement revenir à la tomate. Les résultats des observations sur tomate et Arabidopsis sont résumés dans des schémas simples qui souligne, en fait, qu'il doit exister d'autres effets hormonaux que la simple action de l'éthylène. Un dernier point traité est le rôle de la lumière dans la production des caroténoïdes (ß-carotène et lycopène). La régulation des voies impliquées dans la maturation a donc été abordée, mais on a également utilisé la tomate pour comprendre la maturation de fruits comme la pomme chez qui les délais expérimentaux sont prohibitifs. 21 La protéine 1 liant l'auxine (auxin-binding protein 1 ou ABP1, on n'ose pas parler de récepteur faute de preuve) a été modifiée par mutagenèse dirigée dans ses parties les plus conservées. Dans la partie C-terminale et grâce à des anticorps monoclonaux reconnaissant des épitopes de conformation, l'influence de l'auxine sur la conformation a été caractérisée. La Cys177 comme l'Asp175 et le Glu176 sont des acides aminés critiques de cette portion pour la configuration et l'action d'ABP1 dans la membrane plasmique. La séquence C-terminale KDEL , même si elle joue un rôle dans la stabilité de la protéine n'a aucune action sur la conformation et l'activité de la protéine. C'est la conformation qui joue un rôle essentiel. K David et al.; Journal of Biological Chemistry 276 (14SEP01) 34517-34523 22 On sait que chez de nombreuses plantes les herbicides isoxabène et thiazolidinone bloquent la production de cellulose. Ils sont utilisé contre les dicotylédones notamment dans les gazons. Il existe des mutations semidominantes (IXR1 et IXR2) qui confèrent à Arabidopsis une résistance à ces herbicides. Des chercheurs de Stanford ont cloné le gène IXR1 et montrent qu'il code l'isoforme CESA3 de cellulose synthase de la plante. Deux allèles mutants ixr1 contiennent; respectivement, une substitution de la glycine 998 par un aspartate, et de la thréonine 942 par une isoleucine, c'est à dire dans une région très conservée de ces enzymes, près de l'extrémité C-terminale. Il s'agit donc d'une désensibilisation de l'enzyme à l'herbicide. Ce gène est exprimé dans les mêmes cellules qu'une autre isoforme, RSW1 (AtCESA1), de cellulose synthase qui n'est pas redondante. WR Scheible et al.; Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States
24 Les mutants lacerata (lcr) d'Arabidopsis, qui présentent diverses anomalies du développement, sont affectés dans une cytochrome P450 monooxygénase, CYP86A8,qui assure l'-hydroxylation des acides gras de C12 à C18:1. Elle pourrait intervenir dans la production des cutines de la surface des épidermes. La même voie semble affecter la formation des trichomes. Il y a là une cible intéressante pour des herbicides. K Wellesen et al.; Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 98 (14AUG01) 9694-9699. 26 Le développement de l'appareil photosynthétique suppose une coordination des génomes nucléaire et chloroplastique. Le rôle d'un gène nucléaire dans ce processus a été établi dans le cas d'un mutant jaune du maïs. La mutation plastids undifferentiated (pun) désorganise la différenciation des plastes, aussi bien dans les cellules du mésophylle et que dans celles gaînant les faisceaux de cette plante dite en C4. Les défauts constatés semblent liés à des modifications post-traductionnelles généralisées. Les gènes nucléaires sont tous exprimés normalement. R Roth et al.; Planta 213 (AUG01) 647-658. 27 On peut modifier le développement de la pomme de terre en y exprimant un anticorps simple chaîne contre l'acide abscissique (ABA). On constate une sensibilité élevée à la sécheresse et à une forte illumination. La disponibilité de l'ABA est perturbée mais évolue avec l'âge des plantes. M Strauss et al.; Planta 213 (JUL01) 361-369. La Physiologie des Plantes28 La géranylgéranyl réductase catalyse la conversion du géranylgéranyl diphosphate en phytyl diphosphate, et permet la production du phytol pour la synthèse de la chlorophylle (Chl), mais aussi de l'-tocophérol. La diminution de l'activité de la géranylgéranyl réductase chez des tabacs transgéniques entraîne la baisse de la teneur en chlorophylle et en tocophérol ainsi qu'une accumulation de la chlorophylle geranylgeranylée (ChlGG). Les plantes deviennent beaucoup plus sensibles au stress photique qui entraîne une dénaturation irréversible de l'appareil photosynthétique. Mais, par ailleurs, l'accumulation de ChlGG n'a pas d'influence sur la collecte et le transfert de l'énergie dans les deux photosystèmes. La réduction de l'-tocophérol semble, par contre, avoir un effet sensible sur la photorésistance. T Grasses et al.; Planta 213 (AUG01) 620-628. Les Réserves des Plantes 29 L'équipe de Willmitzer vient de montrer que la phosphoglucomutase plastidiale de la pomme de terre joue un rôle considérable dans l'accumulation des amidons dans le tubercule. AR Fernie et al.; Planta 213 (JUL01) 418-426. 30 Une revue de deux chercheurs de Monsanto et Du Pont porte sur les diverses synthèses des lipides de réserve. T Voelker et al.; Annual Review of Plant Physiology & Plant Molecular Biology 52 (2001) 335–361. Les lipides qui peuvent représenter jusqu'à 80% des réserves chez certaines plantes sous forme de triacylglycérols sont le produit d'une spécialisation des synthèses des lipides membranaires communs à tous les tissus végétaux. Les principales enzymes impliquées sont analysées dans la revue. Par contre, contrairement à ce qui se passe pour les lipides membranaires qui sont conservés, les acides gras des réserves sont beaucoup plus divers. Ils diffèrent dans leur longueur et leur degrés d'insaturation. Une seule étape enzymatique supplémentaire est théoriquement suffisante pour passer aux triacylglycérols de réserve. La revue porte essentiellement sur les points de divergence avec la synthèse des lipides membranaires. Les Symbioses 31 Des chercheurs de Granada ont monté des Sinorhizobium meliloti rendus plus compétitifs vis-à-vis de la microflore locale. Les premiers montés exprimaient un gène (putA) de proline déshydrogénase qui permet à la bactérie d'oxyder la proline en glutamate. Proline-bétaïne et stachydrine (qui donnent de la proline) sont abondantes dans les exsudats racinaires de la luzerne, et ceci semble important pendant les premiers stades de la formation des nodules, mais cela ne signifie pas, comme on le pensait que la proline est un substrat énergétique. La bactérie est plus fréquente dans les nodules durant les premiers temps (34 jours) après l'inoculation au champ, mais plus après. P van Dillewijn et al.; Applied and Environmental Microbiology 67 (SEP01) 3860-3865.
32 Les Alternaria comportent des espèces purement saprophytes et d'autres pathogènes. Les différents pathotypes ont un spectre d'hôte individuel restreint, mais varié. Ceci est dû à une toxine peptidique cyclique spécifique des hôtes, la toxine AM, et on en connaît une bonne vingtaine différentes les unes des autres. Le pathotype du pommier s'attaque à un spectre étroit de cultivars. C'est un depsipeptide cyclique. La synthétase de peptides cycliques de l'Alternaria alternata du pommier (alias mali) a été récemment caractérisée. Ce qui est intéressant est que le gène codant est situé sur des minichromosomes de 1.8 Mb ou moins, qui diffèrent selon les pathotypes. Il apparaît que ces chromosomes peuvent être perdus par cet hyphomycète sans autre dommage qu'une perte de la pathogénicité. Cette situation n'est pas isolée, car on retrouve de tels chromosomes optionnels dans plusieurs champignons pathogènes, mais contrairement aux chromosomes facultatifs comme les chromosomes B, ils contiennent des gènes fonctionnels. LJ Johnson et al.; Current Genetics 40 (2001) 65 72. 34 Des bactéries pathogènes comme Erwinia carotovora possèdent un système de mesure de densité cellulaire (quorum sensing) basé sur des acyl-homosérine lactones émises et perçues dans les populations denses. Elles s'en servent notamment pour déclencher leurs facteurs de virulence. L'idée de désorganiser cet échange intercellulaire est intéressante. Des chercheurs de Singapore ont utilisé une acyl-homoserine lactonase (AHL-lactonase) d'un Bacillus. Ce Bacillus a été isolé d'un sol où l'activité AHL-lactonase avait été décelée. Ils l'ont exprimée dans le tabac et la pomme de terre. Ils suggèrent également d'utiliser une aminoacylase de Variovorax paradoxus. YH Dong et al.; Nature 411 (14JUN01) 813 -817. Voir le commentaire de A Neil et al.; p. 735 736. 35 L'application de sulfate de cuivre provoque l'entrée de Ralstonia solanacearum dans un état dormant non cultivable. Cet état se retrouve de plus en plus fréquemment dans les plantes infectées (plus de 99% aux stades tardifs). Ces formes ressuscitent au contact des racines. Il est donc vraisemblable qu'elles participent à la persistance des infections dans le sol, et celà doit être vrai pour beaucoup de bactéries pathogène présentant cette forme de persistance. BE Grey et al.; Applied and Environmental Microbiology 67 (SEP01) 3866-3872. 36 La protéine NPR1 (également appelée NIM1, et qui est une protéine à motifs ankyrines répétés) est nécessaire à l'induction de la résistance systémique acquise (SAR). Elle interagit avec les protéines de la famille des facteurs de transcription de type bZIP, TGA/OBF. Comme dans beaucoup de cas d'interactions, on manque de moyens pour suivre ces interactions. Des chercheurs de Montréal ont réussi à visualiser chez Arabidopsis l'interaction entre NPR1/NIM1 et TGA2 sous l'action de l'inducteur de la SAR, l'acide salicylique ou ses analogues l'acide 2,6 dichloroisonicotinique et le benzothiadiazole. TGA2 se fixe, comme TGA3, sur le promoteur de gènes de certaines protéines PR (Pathogenesis Related). R Subramanian et al.; Nature Biotechnology 19 (AUG01) 769 772. Ils ont monté une technique de complémentation de fragments protéiques basée sur l'association d'une dihydrofolate réductase murine reconstituée (mDHFR) avec une sonde fluorescente (voir le §1). Les fragments de mDHFR prennent une conformation active lors d'une interaction. L'enzyme peut alors fixer du methotrexate conjugué à de la fluorescéine, ce qui permet la visualisation de l'interaction.. 37 Le gène de résistance Cf-9 de la tomate cultivée (Lycopersicon esculentum) à Cladosporium fulvum provient de son parent sauvage Lycopersicon pimpinellifolium. Il en reconnaît la protéine élicitrice AVR9. Le locus correspondant Cf 9, contient quatre autres versions de Cf-9 (Hcr9s). Des chercheurs de Wageningen ont analysé le polymorphisme des Hcr9s permettant effectivement la reconnaissance de AVR9. Ils ont découvert, ce faisant, un deuxième gène de L..pimpinellifolium qui est, en réalité, plus polymorphique que Cf-9, plus fréquent et répandu dans les populations. La comparaison des deux séquences indique que Cf-9 est issu d'une recombinaison intragénique entre 9Dc et un autre Hcr9. Les protéines 9DC et Cf-9 diffèrent par 61 acides aminés, et pourtant reconnaissent, tous deux, AVR9. RAL Van der Hoorn et al.; Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 98 (28AUG01) 10493-10498. 38 L'expression des gènes lors des phases précoces de l'attaque de la tomate par la plante parasite Cuscuta reflexa qu'elle rejette, a été étudiée. Parmi ces gènes on trouve celui d'une aquaporine (LeAqp2 avec Le pour Lycopersicon esculentum). Il existe un gène homologue appelé TRAMP (tomato-ripening-associated protein) qui n'est pas du tout affecté dans cette interaction, alors que les deux gènes sont stimulés par l'auxine. M Werner et al.; Planta 213 (AUG01) 550-555. 40 Il existe chez les plantes des protéines appelées "nonspecific lipid transfer proteins". Elles transfèrent effectivement les lipides in-vitro, mais leur fonction réelle in-vivo est énigmatique. Des chercheurs du Carlsberg Laboratory ont montré que l'une de ces protéines (LTP1) voit s'établir un liaison ester entre un de ses aspartates et un lipide. K Lindorff-Larsen et al.; Journal of Biological Chemistry 276 (07SEP01) 33547-33553. On n'est guère plus éclairé sur la fonction de la protéine, sauf qu'elle ressemble à un produit antimicrobien. 41 Le virus de la mosaïque du concombre fait partie d'un groupe de virus où, contrairement à ce qui se passe chez celui de la mosaïque du tabac, il y a une exigence la protéine de capside en sus de celle de mobilisation 3a, pour son déplacement de cellule à cellule par les plasmodesmes. L'exigence de la protéine de capside ne signifie cependant pas que ce sont des capsides qui se déplacent. Si on supprime les 33 derniers acides aminés de la protéine de mobilisation, l'exigence de la protéine de capside disparaît. Mais la délétion doit rester limitée à 31 à 36 acides aminés, sinon l'exigence réapparaît. La co-expression des deux formes tronquée et complète handicape le déplacement. Tout indique que ces deux formes sont antagonistes. H Nagano et al.; Journal of Virology 75, n°17 (SEP01) 8045-8053.
Les Plantes recombinantes42 La souche PS149B1 de Bacillus thuringiensis (Bt) est une souche curieuse qui produit deux toxines de 14 kDa et 44 kDa qui ont, combinées, une action sur les Diabrotica (coléoptères appelés corn rootworms). Ces deux protéines sont codées par deux gènes d'un opéron, et n'ont aucune homologie avec les ∂-endotoxines classiques, bien qu'elles constituent des cristaux à la sporulation de la souche. Elles sont apparemment plus proches des toxines anti-diptères de Bacillus sphaericus. Leur expression chez le maïs est décrite dans un article de chercheurs de Dow Agrosciences et Pioneer Hi-Bred International: DJ Moellenbeck et al.; et al.; Nature Biotechnology 19 (JUL01) 668 672. Les auteurs montrent que leur expression dans d'autres bactéries comme des Pseudomonas fluorescens donne des inclusions, mais pas de cristaux. Leur mode d'action, qui entraîne des lésions de l'intestin de l'insecte, est en cours d'études. 43 Comme vous avez pu le lire dans la presse quotidienne, la surexpression d'un antiport (transport en sens inverse) H+/Na+ vacuolaire d'Arabidopsis AtNHXl permet à la tomate de résister à 200 mM de chlorure de sodium au prix d'une dépense d'énergie basée sur le gradient de protons, l'H+ adénosine triphosphatase (ATPase) et la H+-pyrophosphatase inorganique créant ce gradient. Les feuilles accumulent alors le chlorure, mais le fruit reste relativement indemne. Ce qui est intéressant c'est que la conviction générale est que la résistance à la salinité est multigénique. Il suffit d'examiner le nombre élevé de gènes déclenchés par un stress salin. On pensait donc qu'il faudrait empiler les gènes avant d'obtenir un résultat. Celà reste vrai, mais le transfert d'un seul gène, et son expression au bon endroit, permet déjà de beaucoup augmenter la tolérance. HX Zhang Nature Biotechnology 19 (AUG01) 765 768. 44 Des luzernes transgéniques exprimant une phytase d'Aspergillus niger ont été montées à l'University of Wisconsin et brevetées sous l'US Patent 6 248 938 (19JUN01). Je rappelle que cette enzyme permet une meilleure utilisation des phosphates végétaux par les animaux, spécialement chez les monogastriques. Le brevet porte sur l'utilisation de telles luzernes dans les aliments pour animaux. 45 La voie de synthèse d'un glucoside cyanogène basé sur la tyrosine (Dhurrine), et produit par Sorghum bicolor, a été transférée en totalité chez Arabidopsis par des chercheurs danois et australiens. Elle confère la résistance à Phyllotreta nemorum (l'altise du chou, une chrysomèle) qui s'attaque à d'autres crucifères. DB Tattersall et al.; Science 293 (07SEP01) 1826-1828.
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