Un nouveau biocapteur rend l’auxine de l’hormone de contrôle visible dans les cellules – ScienceDaily

Les effets de l’hormone végétale auxine ont été décrits pour la première fois scientifiquement il y a près de 100 ans. Aujourd’hui, nous savons que l’auxine contrôle d’innombrables processus dans les cellules végétales – que ce soit dans le développement de l’embryon dans la graine, la formation du système racinaire ou l’orientation de la croissance vers la lumière du soleil incidente. Dans tous les cas, l’hormone a pour fonction de coordonner les réponses de la plante aux stimuli externes. Pour ce faire, il doit toujours être présent dans le tissu cellulaire où la réponse à un stimulus externe doit être déclenchée. En effet, il arrive souvent que l’auxine soit nécessaire à des endroits très différents du tissu cellulaire dans un laps de temps très court. Cela conduit à une redistribution spatiale rapide. Avec le nouveau biocapteur, appelé AuxSen en abrégé, la dynamique de ces processus peut être observée pour la première fois en temps réel. Les signaux lumineux indiquent où se trouve l’auxine dans le tissu cellulaire. La particularité de ce capteur est que ce n’est pas un dispositif technique qui doit être introduit dans les plantes, mais une protéine artificielle que les plantes sont conçues pour produire elles-mêmes.

L’application du biocapteur a déjà conduit à des découvertes surprenantes. Un exemple est la redistribution rapide de l’auxine lorsqu’une plante est retournée. Lorsque la pointe de la racine ne pointe plus vers le bas mais en diagonale vers le haut, les molécules d’auxine responsables de la croissance des racines se rassemblent sur la nouvelle face inférieure de la pointe de la racine en une minute seulement. Et après avoir été placé à l’endroit, l’ancienne distribution de l’auxine est restaurée après seulement une minute.

Biochimie des protéines et biologie végétale en combinaison

Le développement du biocapteur est le résultat de nombreuses années de collaboration interdisciplinaire. Une équipe dirigée par le professeur Birte Höcker, professeur de conception de protéines à l’Université de Bayreuth, et une équipe dirigée par le professeur Gerd Jürgens de l’Institut Max Planck pour la biologie du développement, ont combiné leurs connaissances et de nombreuses années d’expérience. . «Il faut s’attendre à ce que le nouveau biocapteur révèle de nombreuses autres informations imprévues sur le fonctionnement interne des plantes et leur réaction aux stimuli externes au cours des prochaines années. Le développement du capteur a été un long processus au cours duquel nous avons acquis des connaissances fondamentales. sur la manière dont les protéines peuvent être sélectivement modifiées pour se lier à de petites molécules spécifiques », explique le professeur Birte Höcker.

«Le nouveau capteur suscite déjà beaucoup d’intérêt, et il faut s’attendre à ce que des variantes optimisées d’AuxSen soient développées au cours des prochaines années pour permettre une analyse encore meilleure des divers processus régulés par l’auxine dans les usines. nouvelle publication dans Nature, nous souhaitons encourager la communauté scientifique à intensifier les recherches dans ce sens. Nos résultats à ce jour illustrent à quel point la coopération interdisciplinaire peut être fructueuse dans ce domaine », explique le professeur Gerd Jürgens de l’Institut Max Planck de biologie du développement à Tübingen.

Avantages du biocapteur: qualité de signal élevée et force de liaison optimale à l’auxine

Au début du développement du biocapteur se trouvait une protéine de la bactérie E. coli, qui se lie à l’acide aminé tryptophane, mais beaucoup plus mal à l’auxine chimiquement apparentée. Cette protéine a été couplée à deux protéines qui fluorescent lorsqu’elles sont excitées avec de la lumière d’une certaine longueur d’onde. Si ces protéines partenaires sont très proches les unes des autres, leur fluorescence augmente considérablement. Un transfert d’énergie de résonance de fluorescence (FRET) se produit alors. L’étape suivante était cruciale: la protéine initiale devait être génétiquement modifiée pour qu’elle se lie mieux à l’auxine et moins bien au tryptophane. Dans le même temps, l’effet FRET des molécules partenaires devrait toujours se produire lorsque la protéine se lie à l’auxine, et seulement alors. Avec cet objectif à l’esprit, environ 2000 variantes de la protéine ont été créées et testées jusqu’à ce que finalement une molécule remplisse toutes les exigences. C’est ainsi qu’est né le biocapteur AuxSen: de puissants signaux fluorescents indiquant où dans le tissu cellulaire se trouve l’hormone vitale.

Un autre défi consistait à permettre aux usines de produire elles-mêmes AuxSen. D’une part, il fallait s’assurer que AuxSen se lierait aux molécules d’auxine existantes dans autant de cellules que possible. C’était le seul moyen de cartographier complètement la distribution spatiale de l’auxine dans la cellule et de produire un signal de haute qualité. D’un autre côté, cependant, les molécules d’auxine ne devaient pas être définitivement empêchées de remplir leurs tâches d’origine dans l’organisme végétal en raison de leur liaison à AuxSen. Néanmoins, les deux équipes de recherche ont réussi à trouver une solution de compromis. Les plantes ont été génétiquement modifiées de manière à produire une grande quantité d’AuxSen dans tout leur tissu cellulaire. Mais cela ne se produirait que si cela était stimulé par une substance spéciale – et seulement pendant une courte période. De cette manière, le biocapteur fournit des instantanés précis de la distribution de l’auxine dans les cellules sans affecter de manière permanente les processus contrôlés par l’auxine.

Source de l’histoire:

Matériaux fourni par Universität Bayreuth. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.