Neuchâtel, Switzerland
September 5, 2011
The University of Neuchâtel, with the help of Brigitte Mauch-Mani, plays a dominant role in the study of substances that increase the natural defences of plants. After fifteen years, this researcher has become one of the world’s leading specialists in beta-aminobutyric acid, also known as BABA, which can be applied to plants to induce resistance against diseases or harsh environmental conditions.
We often think of the plant’s immune system as stagnant. This is because we overlook the fact that plants possess several methods of adapting to changing environmental conditions, which are reversible in case the environment reverts to its original state. Specific stimuli regulate whether a plant’s reaction against a pathogenic attack or herbivorous organisms will be quicker or stronger. This is the case with BABA, an amino acid that is part of the arsenal of all respectable biochemical laboratories.
Its ability to induce resistance was first described in 1962. However, it was not until the mid nineties that a handful of international researchers demonstrated its capacity to induce a host of molecular defences such as the production of salicylic or jasmonic acid in response to a wound. Colza, grapevine, maize: many crops are sensitive to it. Brigitte Mauch-Mani, the local organiser of the PR-IR 2011 congress and research director of the laboratory of cell and molecular biology at the University of Neuchâtel, points out that today the amount of known effects is particularly vast. From drought to freezing conditions, as well as excess salt, BABA helps plants to initiate the necessary biochemical reactions in order to survive under severe environmental conditions.
Several experiments carried out on Arabidopsis thaliana, a common model plant in plant biology, have demonstrated BABA’s wide range of efficiency against all sorts of pathogenic agents: Bacteria, virus, fungi, oomycetes, nematodes and insects.
Unfortunately, despite all of its qualities, BABA has no industrial application: its properties are in the public domain. However, the mechanisms that give a boost to plants remain largely unknown, which has spurred research in order to determine which genes are better activated by the amino acid.
This is the case, for example, with IBI1 that controls the aspartyl-tRNA synthetase enzyme that plays a role in protein synthesis. The BABA induces a longer activation of this gene that is usually only briefly expressed in case of an infection. The amino acid acts on plant genes, rendering the induced resistance innate. Up to what point? That is the question that Jurriaan Ton, of Rothamsted Research, has been asking himself. He is a researcher in England that is continuing the work that he accomplished in Neuchâtel under the guidance of Brigitte Mauch-Mani, who he met during his thesis work at the University of Utrecht under the supervision of Corné J. Pieterse. He will give a talk on this subject on Wednesday September 7 in Neuchâtel.
In total, three European research laboratories pooled their efforts together in order to better understand the resistance mechanisms that induce BABA in plants.
Aider les plantes à se défendre
L’Université de Neuchâtel, par l’entremise de la phytopathologiste Brigitte Mauch-Mani, joue un rôle prépondérant dans l’étude des substances permettant d’augmenter les défenses naturelles des plantes. En une quinzaine d’années, cette chercheuse est devenue une des spécialistes mondiales de l’acide beta-aminobutyrique, communément abrégé BABA, une substance qui peut être appliquée aux plantes comme inducteur de résistance contre des maladies ou contre des conditions environnementales hostiles.
On se représente souvent le système immunitaire des végétaux comme totalement figé. Or c’est oublier que les plantes possèdent de nombreuses capacités d’adaptation aux modifications de leur environnement, souvent réversibles d’ailleurs, sitôt que la contrainte disparaît. Des stimuli spécifiques permettent en effet de rendre la réaction des plantes contre des attaques de pathogènes ou d’organismes herbivores plus rapide ou plus forte. C’est le cas du BABA, un acide aminé qui fait partie des fournitures de tout laboratoire de biochimie qui se respecte.
Sa description comme inducteur de résistance remonte à 1962. Mais ce n’est que vers le milieu des années 1990 qu’une poignée de chercheurs internationaux relève ses propriétés d’éliciteur de cascades moléculaires défensives, telles que la production d’acide salicylique ou jasmonique en réaction à des blessures. Colza, vigne, maïs : bien des cultures s’y révèlent sensibles. Aujourd’hui, comme le rappelle Brigitte Mauch-Mani, organisatrice locale du congrès PR-IR 2011 et directrice de recherche dans le laboratoire de biologie cellulaire et moléculaire de l’Université de Neuchâtel, on dénombre un catalogue d’effets particulièrement vaste. Du manque d’eau jusqu’au gel, en passant par l’excès de sel, le BABA aide les plantes à mettre en place des réactions biochimiques nécessaires pour survivre dans des environnements hostiles.
De nombreuses expériences menées sur l’arabette des dames (Arabidopsis thaliana), une plante modèle très commune en biologie végétale, attestent en outre du large spectre d’efficacité du BABA contre toutes sortes d’agents pathogènes: bactéries, virus, champignons, oomycètes, nématodes, insectes.
Malheureusement, malgré toutes ses qualités, le BABA ne trouve pas grâce auprès des industriels : ses propriétés sont du domaine public. En revanche, les mécanismes par lesquels il donne du « pep » aux plantes restent encore largement méconnus. D’où la poursuite de ces investigations pour déterminer quels gènes sont mieux activés sous l’influence de l’acide aminé.
C’est par exemple le cas d’IBI1 qui contrôle l’enzyme aspartyl-tRNA synthetase jouant un rôle dans la synthèse des protéines. Le BABA induit une activation plus longue de ce gène qui, sans effet éliciteur, n’est exprimé que de manière éphémère en cas d’infection. L’acide aminé agit sur les gènes des plantes, rendant ainsi l’induction de résistance pour ainsi dire innée. Jusqu’à quel point ? C’est la question que pose Jurriaan Ton, de Rothamsted Research, un chercheur qui poursuit en Angleterre un travail qu’il avait accompli à Neuchâtel sous la houlette de Brigitte Mauch-Mani, après l’avoir abordé durant sa thèse à l’Université d’Utrecht sous la direction de Corné J. Pieterse. Il abordera ce thème mercredi 7 septembre à Neuchâtel.
Au total, ce sont trois laboratoires de recherches européens qui cristallisant leurs efforts pour une meilleure compréhension des mécanismes de résistance qu’induit BABA dans les plantes.
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