Biofutur, le mensuel européen des biotechnologies

Kentucky-frightened chickens

Safi Douhi — 2013-06-04T03:00:00Z

Une salmonelle découverte au début des années 2000 fait craindre le pire pour les élevages de volailles de la planète.

Après l'Afrique et le Moyen-Orient, la salmonelle multirésistante Salmonella kentucky débarque en Inde et en Asie du Sud-Est, après avoir acquis de nouveaux traits de résistance aux antibiotiques, y compris les plus récents. En août 2011, l'Institut Pasteur, l'Inra et l'Institut de veille sanitaire mettait en garde contre la rapidité de l'expansion de cette bactérie détectée pour la première fois en 2002 chez un touriste français infecté en Égypte, lors d'une croisière sur le Nil. À l'époque de cette mise en garde, les chercheurs avait déterminé la chronologie des événements moléculaires à l'origine des résistances, lesquelles se sont amplifiées depuis (1). Dans l'édition du 28 mai de The Lancet Infectious Diseases, des chercheurs des Instituts Pasteur de Paris et du Maroc donnent une nouvelle fois l'alarme sur la propagation rapide et mondiale de S. Kentucky (2).
Responsable d'infections alimentaires, la bactérie, après avoir connu une expansion spectaculaire sur le continent africain et au Moyen-Orient, s'est récemment implantée en Inde et en Asie du Sud-Est, acquérant au passage de nouvelles résistances notamment aux antibiotiques dits « de dernière intention », utilisés quand tous les autres ont fait chou blanc. Les chercheurs pointent également un risque important d'implantation de cette souche multirésistante dans les élevages de volailles des pays industrialisés. Elle a d'ailleurs déjà été détectée dans des élevages de dindes de plusieurs pays européens. Et selon les chercheurs, le nombre de souches est en augmentation constante.
Les chercheurs ont, en effet, constaté que la bactérie continue son implantation avec une dynamique rapide et impressionnante, en particulier sur le pourtour méditerranéen, touchant désormais aussi l'Inde et l'Asie du Sud-Est. Simon Le Hello, coresponsable du Centre national de référence des Escherichia coli, Shigella et Salmonella et co-auteur de l'étude, s'inquiète également d'un risque d'implantation à court terme de cette souche bactérienne dans les élevages de volailles européens, notamment de dindes, dans lesquels elle a été détectée à plusieurs reprises. Et sans thérapie efficace, le risque d'une épidémie paneuropéenne est à craindre. Pour les chercheurs, il est donc urgent d'inclure cette bactérie dans les programmes nationaux de contrôle des salmonelles dans les filières aviaires.

(1) Le Hello S et al. (2011) J Infect Dis 204, 675-84
(2) Le Hello S et al. (2013) Lancet Infect Dis, doi:10.1016/S1473-3099(13)70124-5

Visualisation en microscopie électronique à balayage de Salmonella
(en rouge), bactérie responsable de toxi-infections alimentaires.
© Institut Pasteur

Mobilisation autour du blé

Agnès Vernet — 2013-05-22T07:32:54Z

En coordonnant les recherches internationales, la Wheat Initiative espère protéger le blé des ravages liés aux changements climatiques.

Céréale majeure pour l'alimentation, le blé fait face à une véritable crise de la production. Ces rendements, au cours des 15 dernières années, ont cessé d'être suffisants pour répondre à la demande mondiale. Alors que la planète se prépare à affronter les changements climatiques, les investissements en faveur de l'amélioration du blé semblent pourtant manquer. Les agronomes ont décidé de s'organiser et, ainsi, est née la Wheat Initiative. Créé dans le cadre du G20 agricole de 2011, ce consortium international vient de publier son programme d'orientation. Il s'articule autour de grands principes dont le développement d'un agenda stratégique pour la recherche, l'incitation aux collaborations entre les pays émergents et développés, la coordination du partage des connaissances au sein de la communauté scientifique, l'amélioration de l'accès aux infrastructures et aux ressources, le soutien à la formation des étudiants et la recherche de capitaux au travers des organismes financeurs et des partenariat publics/privé.
La généticienne de l'Inra Hélène Lucas, coordinatrice scientifique internationale de la Wheat Initiative explique : « Ces 20 dernières années, le blé est devenu une culture orpheline en terme d'investissements de recherche au regard de son importance pour la sécurité alimentaire mondiale. Pour relever le défi de la production de blé à l'échelle internationale, les secteurs publics et privés doivent investir plus et de manière coordonnée dans la recherche. Cet effort permettra de mettre en synergie les programmes de recherche et d'amélioration du blé pour contribuer à la sécurité alimentaire dans un environnement changeant, tout en prenant en compte la demande sociétale pour une production agricole durable. »
Concrètement, ce mouvement pourrait devenir un moteur dans la naissance de nouvelles recherches sur le blé grâce à une coordination plus globale au niveau international.

Source : Inra

Les coordinateurs de la Wheat Initiative présentent l'orientation du consortium, à Paris, le 16 mai 2013.
© Inra

Découverte au centre de l'organisation spatiale

Agnès Vernet — 2013-05-16T03:00:00Z

En décrivant un complexe protéique impliqué dans l'orientation des mitoses chez Arabidopsis thaliana, des chercheurs créent un pont entre les cellules animales et végétales.

En l'absence de migration cellulaire, l'orientation des divisions mitotiques est un facteur crucial de l'organisation spatiale des plantes. Le plan de division des cellules est déterminé avant la mitose par un complexe du cytosquelette, l'anneau de préprophase. Des chercheurs de l'Inra de Versailles Grignon et de l'université belge de Gand ont élucidé l'organisation d'un complexe protéique régulant la formation et l'orientation de cet anneau.
Grâce à une approche protéomique, les biologistes ont isolé, chez A. thaliana, le complexe TTP formé par TONNEAU1 (TON1), une protéine précédemment identifiée comme essentielle à la formation de l'anneau de préprophase, TRM (TON1-recruiting motif) et la phosphatase 2A (PP2A). Les premiers résultats suggèrent que TON1 assemble et active le complexe, TRM permet de le situer dans la cellule et donc de mettre en relation la PP2A et le cytosquelette composant l'anneau de préprophase. Enfin, la PP2A modifie la longueur des microtubules via son activité catalytique.
Les séquences de ces trois protéines montrent une forte similarité avec les protéines composant le centrosome des cellules animales. Le complexe TTP pourrait donc constituer une trace d'un lien phylogénique reliant les cytosquelettes des règnes animal et végétal.

Spinner L et al (2013) Nat Commun,
doi:10.1038/ncomms2831

L'anneau de préprohase (PPB pour Preprophase Band) entoure le noyau avant la mitose.
© D'après 2005 Dhonukshe et al.Tameeria via Wikimedia Commons

Du gène à l'architecture végétale

Agnès Vernet — 2013-04-29T03:00:00Z

Pour passer d'une tige droite à une tige vrillée, il n'y a qu'un gène.

Les biologistes du développement partagent un même rêve : découvrir un gène qui permette de façonner un organisme. Des chercheurs de l'Inra, de l'École normale supérieure (ENS) de Lyon, du CNRS et de l'Institut Max Planck de Postdam, en Allemagne peuvent s'enorgueillir d'avoir réussi. Ils ont démontré qu'empêcher des enzymes d'interagir avec le cytosquelette induit un changement profond de l'architecture d'Arabidopsis thaliana : Ses tiges ne sont plus longilignes mais enroulées.
La cellulose est la matière qui donne la raideur aux plantes. Extrêmement rigide, elle est comparable à de l'acier. Elle est produite par la cellulose synthase (CESA) qui suit les rails de microtubules, grâce à la médiation de CSI1 (CESA interactive protein 1), pour orienter la chaîne de glucides. Chez A. thaliana, ce système garantit des parois cellulaires droites et des tiges longitudinales. Or l'étude de plants où le gène csi1 est inactivé montre une torsion dans les tiges. La CESA reste liée à la membrane plasmique mais n'interagit plus avec les microtubules. En théorie, elle peut alors se déplacer librement et produire une cellulose sans orientation précise. Les chercheurs français et allemands démontrent qu'une nouvelle organisation apparaît : la cellulose forme un chaîne hélicoïdale donc les tours sont parfaitement réguliers.
Selon Olivier Hamant, chercheur Inra au sein de l'ENS Lyon, « on imagine que cette régularité est à la fois liée à la chiralité de la cellulose et à un effet combinant la rigidité de la chaîne glucidique à la croissance de la cellule ».
Ces recherches mettent en valeur une approche multi-échelle reliant les aspects moléculaires à l'organisation structurale de l'organisme. Elles proposent aussi une explication à l'existence d'espèces tortueuses, comme le liseron Convolvulus arvensis. Enfin, elles ouvrent des perspectives pour l'élaboration de biomatériaux, les tiges vrillées n'ayant pas les mêmes propriétés mécaniques que les longilignes.

Landrein B et al. (2013) Curr Biol 23, 1-6

Cache-cache cellulaire avec l'azote

Agnès Vernet — 2013-04-18T03:00:00Z

En isolant un acteur central de la régulation de l'azote, des chercheurs de l'Inra ont mis en lumière un mécanisme de régulation inédit dans les cellules végétales.

Bien que primordial, nous savons très peu de choses sur le métabolisme azoté des plantes. Des agronomes de l'Inra de Versailles-Grignon et de l'École normale supérieure de Paris ont franchi un pas important, en confirmant le rôle central d'une protéine dans l'adaptation des plantes à la disponibilité des nitrates et en décrivant, au passage, un système de régulation cellulaire inédit chez les plantes.
Le facteur de transcription NPL7 (NIN-like Protein 7) est apparu, parmi d'autres, dans des recherches précédentes comme un élément participant à la régulation des gènes selon la disponibilité en azote. NPL7 se distingue néanmoins : sa transcription n'est pas régulée par l'azote mais constitutive. À partir de plants d'Arabidopsis thaliana modifiés afin d'exprimer une protéine NPL7 fluorescente, les biologistes ont suivi son parcours cellulaire en fonction de la disponibilité en azote. L'imagerie confocale montre qu'en présence d'azote, NPL7 est retenu dans le noyau des cellules et libéré lorsque le nutriment manque. Si un tel système de rétention nucléaire est bien connu chez des animaux ou des champignons, c'est la première fois qu'il est mis en évidence dans le règne végétal au sein d'une signalisation liée à un nutriment.
Des analyses génomiques montrent, par ailleurs, qu'en présence d'azote, la protéine NPL7 est liée à plus de 800 gènes, dont beaucoup sont impliqués dans les voies de signalisation ou d'assimilation de l'azote. Son impact est très rapide après l'administration d'azote – quelques minutes. Selon les chercheurs, tout indique que NPL7 est un « régulateur maître » de la signalisation de l'azote.

Marchive C et al. (2013) Nat Comm
doi:10.1038/ncomms2650

A. thaliana en laboratoire
© Jucember via Wikimedia Commons

Le papillon palmivore joue des pattes pour séduire

Agnès Vernet — 2013-03-29T04:00:00Z

Les mâles Paysandisia archon misent sur la phéromone alléchante émise par leurs pattes pour attirer les femelles.

Communiquer est vital pour survivre et se reproduire chez l'insecte, qui utilise ses sens pour percevoir son environnement et ses congénères. Car s'il peut communiquer par des signaux sonores et visuels, la communication chimique est prépondérante dans sa vie. Lors de la reproduction, des phéromones sexuelles sont libérées par les adultes d'une espèce afin d'attirer le/la partenaire de la même espèce. Des chercheurs de l'Inra, du Cirad et du CNRS se sont intéressés à la communication chimique chez un papillon de jour, le papillon palmivore Paysandisia archon, connu pour les dégâts qu'il occasionne sur les palmiers.
En observant ses – trois ! – pattes, ils ont d'abord suivi la parade nuptiale et découvert que le mâle frotte sa patte médiane contre le support sur lequel il est posé. Ce comportement attire la femelle qui atterrit alors près de lui. Au niveau de cette patte médiane, les chercheurs ont montré que le premier segment des tarses est modifié chez le mâle et qu'il porte une structure en brosse située au-dessous de la griffe. Cet organe (androconie) est caractéristique des papillons de la famille des Castniidae mais le lien n'avait pas été établi entre ce trait morphologique et l'émission d'une phéromone.
En analysant des extraits de la patte entière ou du support de grattage, les entomologistes ont identifié un composé unique dont la structure chimique, originale pour une phéromone de mâle, s'avère similaire à celles de phéromones sexuelles émises par les femelles de papillons apparentés à P. archon. Et ces « odeurs » émises par les androconies mâles sont parfaitement perçues au niveau des antennes de leurs congénères femelles. Or, chez les insectes, les antennes sont le siège de l'odorat.
L'ensemble de ces travaux éclairent d'un jour nouveau l'écologie chimique et la biologie reproductive de ce papillon. Habituellement, chez les papillons, ce sont, en effet, les femelles qui attirent les mâles en émettant une phéromone. Plus encore, ces résultats offrent de nouvelles perspectives en matière de lutte intégrée contre P. archon, par des techniques de piégeage sexuel par exemple.

Frérot B et al. (2013) Chemoecology,
doi:10.1007/s00049-013-0128-z

Source : Inra

P. archon © Inra / B. Frérot

Une voie de résistance partagée entre cancers et végétaux

Agnès Vernet — 2013-03-26T08:51:32Z

Les multirésistances tumorale et aux herbicides s'acquièrent via des mécanismes très comparables.

Certaines herbes et les cellules cancéreuses ont des points communs. La relation scientifique est désormais établie grâce à des recherches britanniques, menées notamment à l'Université de Durham, qui démontrent un lien biologique entre les résistances multiples aux traitements anticancer et aux herbicides. Les chercheurs se sont intéressés à la résistance aux herbicides du vulpin des champs (Alopecurus myosuroides), une herbe qui entre en compétition avec les céréales. Dans les cas de multirésistances, la communauté scientifique soupçonne l'implication de la glutathion transférase de classe Phi (F) spécifique des végétaux (GSTF1), surexprimée chez A. myosuroides. L'équipe de l'Université de Durham ont, dans un premier temps, confirmé l'importance de cette enzyme en introduisant le gène GSTF1 chez Arabidopsis thaliana. Les plantes ainsi transformées deviennent multirésistantes aux herbicides et présentent un métabolisme xénobiotique comparable à celui des plantes sauvages qui surexpriment GSTF1.
Les biologistes ont aussi fait le lien avec une autre glutathion transférase bien connue des médecins : la glutathion S-transférase P (GSTP1). Cette enzyme est impliquée dans les mécanismes de multiples résistances tumorales aux médicaments anticancer. Or les profils métaboliques des tumeurs résistantes aux traitements et des plantes résistantes aux herbicides présentent des similitudes, notamment au niveau du mécanisme de détoxification via la réduction d'hydropéroxydes organiques. Plus fort encore, les inhibiteurs de la GSTP1 restaurent la sensibilité aux herbicides des plantes multirésistantes.
Ces travaux créent un lien inédit entre deux formes de résistance aux xénobiotiques et mettent en avant un mécanisme de détoxification commun aux plantes et aux humains. Ils ouvrent aussi la voie à l'utilisation de molécules chimiques connues dans la lutte contre les résistances tumorales pour enrayer le développement de plantes nuisibles aux cultures céréalières.

Cummins I et al. (2013) Proc Natl Acad Sci USA,
doi:10.1073/pnas.1221179110

Une percée dans les mystères circadiens

Agnès Vernet — 2013-03-18T04:00:00Z

En dévoilant un mécanisme central dans la régulation des gènes dépendant de l'alternance jour/nuit, des chercheurs éclairent l'histoire de la photsynthèse.

Pour mieux accorder leur métabolisme à la source d'énergie essentielle qu'est le soleil, les végétaux s'appuient sur une horloge interne, l'horloge circadienne, qui permet de synchroniser l'activité des cellules, notamment la photosynthèse, avec l'alternance jour/nuit. Les détails de cette régulation restaient cependant inconnus. Le voile se lève car une équipe internationale, rassemblant des chercheurs au Royaume-Uni, au Japon et aux États-Unis, a découvert une voie de signalisation indispensable à ce contrôle métabolique.
En étudiant des mutants d'Arabidopsis thaliana sous différentes longueurs d'ondes du visible, ils ont identifié une protéine impliquée dans la médiation du rythme circadien sur l'activité des chloroplastes. Issu d'un gène nucléaire, le facteur Sigma 5 est même indispensable à la régulation de la photosynthèse en fonction de l'alternance jour/nuit en influant sur la transcription de plusieurs gènes via une régulation des ARN polymérases du chloroplaste. D'après les chercheurs, le système est très finement contrôlé : un facteur sigma régule plusieurs gènes chloroplastiques et chacun de ces gènes est sensible à l'action de différentes protéines régulatrices.
En termes d'évolution, ces travaux mettent aussi en évidence un mécanisme conservé de médiation de l'information circadienne. Les facteurs sigma sont un ensemble de protéines hérité des procaryotes et chez les bactéries, elles jouent un rôle central de régulation de l'ARN polymérase. Bien que nucléaire, le facteur Sigma 5 d'A. thaliana n'en est donc pas moins une protéine procaryote. Il semble donc que le mécanisme de régulation auquel il participe chez la plante supérieure soit un système de transmission de l'information circadienne commun à des organites pourvus de systèmes génétiques distincts. Il pourrait même constituer un élément partagé à travers la vie photosynthétique.

Noordally ZB et al. (2013) Science 339, 1316-9

L'activation des gènes a été étudiée sous différentes longueurs d'ondes.
© Avec l'aimable autorisation d'Antony Dodd / University of Bristol

Lumière sur la domestication de la pomme de terre

Agnès Vernet — 2013-03-07T04:00:00Z

Un gène impliqué dans l'influence des cycles circadiens sur la croissance des tubercules explique l'adaptation de la pomme de terre aux latitudes du Nord.

La pomme de terre est une culture particulièrement importante pour notre alimentation. Pourtant, lors de son arrivée sous nos latitudes, son acclimatation ne fut pas évidente. Les recherches menées par l'équipe de Christian Bachem à l'Université de Wageningen, aux Pays-bas, en collaboration avec le Centre national de biotechnologie de Madrid et l'université néerlandaise d'Utrecht, dévoilent le gène clé de cette adaptation. Il s'agit du gène codant le facteur de transcription StCDF1, qui agit comme médiateur entre le cycle circadien de la plante et le signal d'initiation de la tuberculisation.
La pomme de terre est une plante herbacée native des Andes qui produit des tubercules par bourgeonnement de ses tiges souterraines. Or, selon les généticiens néerlandais, la capacité à tuberculiser sous des conditions de jours longs a été un critère déterminant de l'installation de la pomme de terre en Europe et aux États-Unis. Elle génère, en effet, des tubercules de manière optimale dans des conditions de journées courtes, en automne ou en hiver chez nous. Lorsque les colons européens l'ont introduite dans l'hémisphère Nord, la plante s'est adaptée. Selon l'équipe de Christian Bachem, cette réussite est liée à l'existence d'un variant naturel du gène StCDF1 qui a libéré la tuberculisation de l'influence de la lumière. Les populations de pomme de terre possédant ce variant ont donc été sélectionnées pour produire des tubercules en toute saison. Cette sélection a ainsi permis l'amélioration des cultures de pomme de terre en dehors de sa zone géographique d'origine.
Ces recherches mettent en lumière un mécanisme moléculaire à la source de la domestication de la plante. Elles pourraient aussi conduire à une diversification des populations de pomme de terre en proposant des variants plus adaptés à la zone géographique auxquels ils sont destinés.

Kloosterman B et al. (2013) Nature, doi:10.1038/nature11912

La diversification des espèces de pomme de terre passe par un grand panel de couleurs mais aussi par une dépendance plus ou moins forte aux cycles jour/nuit.
© Christian Bachem

L'enzyme qui fait le lien métabolique

Agnès Vernet — 2013-02-07T04:00:00Z

Chez les plantes, une seule enzyme contrôle deux voies métaboliques indépendantes dédiées à leur croissance.

Les végétaux ont une puissance d'adaptation insoupçonnée. Si vous abritez de la lumière le haut d'Arabidopsis thaliana, la plante ajuste en quelques heures sa croissance de manière à ne pas perdre sa capacité photosynthétique. En pratique, la tige pousse très vite à la recherche de lumière. Les pétioles – qui relient la tige et les feuilles – s'allongent rapidement aussi. Or la croissance de ces deux organes est sous contrôle de deux voies métaboliques distinctes. La tige est sous l'influence de l'auxine, le pétiole de l'éthylène. Et les voies de biosynthèse de ces deux hormones apparaissent comme indépendantes.
Pour comprendre ce phénomène, des recherches menées à l'Institut Salk pour les études biologiques en Californie, à l'Université suédoise des sciences agricoles ainsi qu'à l'Université Palaký et à l'Académie des sciences de République tchèque, ont appliqué une approche génétique à ce comportement d'évitement de l'ombre. De proche en proche, les chercheurs ont pu isoler un locus qui code l'aminotranférase VAS-1 – nommée d'après sa capacité à inverser un phénotype dit SAV, pour shade avoidance. En effet, si on supprime ce locus, la plante perd le contrôle de ce processus de croissance rapide. Tige et pétioles grandissent alors de manière exagérée. VAS-1 semblent donc agir sur les voies métaboliques de l'auxine et de l'éthylène. Mais considérant la rapidité du phénomène, l'hypothèse d'une régulation génique est peu probable. Les chercheurs ont ainsi découvert que SAV-1 transfert une méthionine d'un intermédiaire de la biosynthèse de l'éthylène vers un précurseur de l'auxine. L'enzyme agit donc comme un pont entre les deux voies.
En ne reposant que sur une seule enzyme, ce mécanisme de régulation combinée de deux voies métaboliques indépendantes est extrêmement réactif. Il permet à l'organisme de s'adapter à un changement d'environnement en quelques heures, sans nécessiter de synthèse protéique particulière. Selon Joanne Chory, professeur de biologie végétale à l'Institut Salk, « l'évolution est conservatrice. Si vous trouvez un mécanisme dans un système, la probabilité est forte que vous le trouviez dans toute la nature. » Joseph Noel, directeur du centre de recherche en protéomique de l'Institut Salk ajoute : « Nous venons de démontrer qu'il faut sérieusement revoir nos certitudes sur la synchronisation des processus métaboliques ».

Zheng Z et al. (2013) Nat Chem Biol,
doi:10.1038/nchembio.1178

En absence de VAS-1 (à droite), la plante réagit de manière exagérée à l'ombre que pourrait lui imposer sa voisine.
© avec l'aimable autorisation de l'Institut Salk pour les études biologiques