Recently the plant immunity team led by Professor Liu Zhiyong from the Institute of Genetics and Developmental Biology (IGDB), Chinese Academy of Sciences, along with collaborators from Nanjing Normal University, Yazhouwan National Laboratory, and Xianghu Laboratory, unveiled a novel immune mechanism by which tandem kinases combat pathogen invasion: an atypical NLR protein, WTN1 (Wheat Tandem NBD 1), s’associe à la kinase tandem WTK3 pour détecter les effecteurs pathogènes et initier des réponses immunitaires, conférant ainsi une résistance à plusieurs maladies fongiques dans le blé.
Cette recherche fait progresser considérablement la compréhension de la fonctionnalité en kinase en tandem, établit un nouveau paradigme pour la coopération en tandem kinase-NLR dans la résistance aux maladies, comble un écart critique dans les voies de régulation immunitaire des kinases tandem et fournit une base théorique solide et pratique pour l’ingénierie précise des variétés de cultures avec une résistance générale et multi-pathogènes multiples.
Les travaux ont été publiés vendredi dans Science sous le titre « A Wheat Tandem Kinase et NLR Pair confère une résistance à plusieurs agents pathogènes fongiques ».
Les protéines en tandem kinase (TKPS) représentent une classe récemment découverte de protéines de résistance à la maladie dans le blé et l’orge. Caractérisées par deux domaines kinases ou plus disposés en tandem, ces protéines confèrent une résistance à une gamme d’agents pathogènes fongiques, notamment la rouille de rayures, la rouille des feuilles, la rouille de la tige, le mildiou poudreux, l’explosion de blé et le charbon, ce qui les rend très précieux pour les applications de reproduction. Auparavant, le groupe de recherche sur l’immunité végétale dirigée par Liu chez IGDB a réussi à cloner les gènes de résistance à la mildiou à large spectre PM24 (WTK3, Nature Communications, 2020) et PM36 (WTK7-TM, Nature Communications, 2024), qui encodent respectivement de nouvelles kinases en tandem dérivées. Malgré ces avancées, les questions scientifiques clés restent sans réponse concernant ces nouvelles protéines de résistance, telles que les mécanismes par lesquels les kinases en tandem reconnaissent les effecteurs pathogènes (AVR), les rôles fonctionnels de leurs domaines kinases distincts dans l’immunité des cultures et les voies immunitaires spécifiques par lesquelles les kinases tandem activent les réponses de la résistance à la maladie.
Grâce au dépistage des mutants sensibles induits par l’EMS du gène de résistance à la mildiou PM24 (WTK3), l’équipe de recherche a identifié WTN1, une composante pivot de la voie de résistance aux maladies médiée par WTK3. WTN1, une protéine NLR atypique, est étroitement liée au WTK3. Les analyses génétiques ont démontré que WTN1 est indispensable pour l’immunité médiée par WTK3 contre le mildiou poudreux de blé, la paire WTK3-WTN1 activant les réponses immunitaires via un modèle coopératif de capteur-executré. Notamment, WTK3 confère non seulement une résistance au mildiou poudreux de blé, mais reconnaît également l’effecteur de l’explosion du blé PWT4, déclenchant des réponses immunitaires et présentant une résistance potentielle à l’explosion du blé.
En utilisant une approche multidisciplinaire – y compris l’immunologie des plantes, les tests biochimiques, les expériences électrophysiologiques et l’analyse évolutive – l’équipe a découvert une relation étroitement coordonnée entre WTK3 et WTN1, ce qui permet à l’invasion du blé pour lutter contre l’agent pathogène. Plus précisément, WTK3 dispose de deux modules fonctionnels critiques: le premier module, comprenant le fragment de pseudo-kinase (PKF) et le premier domaine kinase (kinase I), est responsable de la reconnaissance des effecteurs pathogènes, tandis que le deuxième domaine kinase (kinase II) interagit avec la protéine NLR WTN1, formant une « kinase de défense ». Lors de la détection de l’invasion des agents pathogènes, le complexe WTK3-WTN1 est rapidement activé, formant un canal ionique qui facilite l’afflux d’ions calcium (CA²⁺), induisant ainsi des réponses hypersentives et la mort cellulaire programmée.
Surtout, les recherches antérieures ont établi que PM24 (WTK3) est une ressource génétique unique dérivée des variétés locales de blé chinois. Au cours des années de rétrocroisement et de reproduction assistée par des marqueurs, l’équipe a réussi à introduire PM24 dans de multiples variétés de blé à haut rendement, et les germasms nouvellement développés par la maladie ont été librement distribués aux institutions domestiques pour les applications de reproduction. Ces résultats devraient aborder la rareté des gènes de résistance à la mildiou à large spectre dans les principales régions productrices de blé de la Chine, établir une barrière génétique potentielle contre l’explosion du blé et fournir un soutien théorique et technique essentiel pour le développement agricole durable et la mise à niveau industrielle.
Ce travail a été soutenu par le National Key R&D Program of China, le programme de recherche sur les priorités stratégiques de l’Académie chinoise des sciences, de la National Natural Science Foundation of China et de l’Association de promotion de l’innovation des jeunes de l’Académie des sciences chinoises.
