Faits: A. A.a Par acte notarié du 5 mars 1981, X._ a vendu à son fils A._ les immeubles formant son exploitation agricole, notamment la parcelle n° 4371 du cadastre de E._, pour la somme de 96'150 fr. L'acte de vente contient en outre la clause suivante: "Quote-part au gain En application de l'article 218quinquies CO, et par analogie aux dispositions des articles 619 et suivants CCS, Monsieur A._ accorde au vendeur, ou à son défaut aux descendants de celui-ci, une quote-part du gain en cas de revente ou d'expropriation des immeubles ici transférés, ceci au sens des dispositions légales précitées." Ce droit au gain a été annoté au registre foncier, conformément au droit alors en vigueur, avec indication du terme du délai, à savoir le 15 mars 2006. Il a été radié à l'échéance. A.b X._ est décédé le 14 août 1998, laissant pour héritiers, son épouse dame X._ et leurs quatre enfants, à savoir A._, B._, C._ et D._. Dame X._ est elle-même décédée le 17 août 2006 laissant pour héritiers ses quatre enfants susmentionnés. A.c Un schéma directeur sectoriel d'aménagement concernant le plateau de E._-F._-G._ publié par le Département de la gestion du territoire (ci-après: DGT) et le Département de l'économie publique du canton de Neuchâtel (ci-après: DEC) a été approuvé le 2 mai 2005 par le DGT et le 3 mai 2005 par les communes concernées. La parcelle n° 4371 (nouvellement n° 6209) du cadastre de E._ est incluse dans ce schéma s'agissant de la réalisation des étapes 2 et 3. Le plan d'affectation cantonal du pôle de développement économique du littoral ouest, première étape (commune de E._), qui a été établi sur la base du schéma directeur sectoriel précité, mis à l'enquête publique puis approuvé par le Conseil d'État le 10 août 2005, ne concerne pas la parcelle n° 4371 (nouvellement n° 6209). B. B.a En date du 2 mars 2006, sur réquisition de l'hoirie de feu X._ - qui a fait valoir qu'elle a un droit au gain du fait de l'approbation du schéma directeur sectoriel de mai 2005 intervenue dans le délai de 25 ans, lequel vaudrait introduction de la procédure de classement de l'immeuble agricole dans la zone à bâtir au sens de l'art. 29 al. 2 let. c LDFR -, l'office du Registre foncier de l'arrondissement du Littoral et du Val-de-Travers a procédé, sur le feuillet du bien-fonds n° 4371 (nouvellement n° 6209) de la commune de E._, à l'annotation d'une inscription provisoire d'un droit de gage, sans indication de montant, en garantie du droit au gain. B.b Par acte du 11 septembre 2006, A._ a ouvert contre ses cohéritiers une action en rectification du Registre foncier tendant à la radiation de l'inscription provisoire pour le motif que la parcelle en cause n'avait fait l'objet d'aucun plan d'affectation, seul susceptible, selon lui, d'introduire la procédure de classement d'un immeuble agricole dans la zone à bâtir. La Ire Cour civile du Tribunal cantonal de la république et canton de Neuchâtel a déclaré irrecevable l'action en tant qu'elle était dirigée contre dame X._, décédée, et l'a rejetée pour le surplus par jugement du 20 octobre 2010. C. Le 22 novembre 2010, A._ exerce un recours en matière civile au Tribunal fédéral contre ce jugement, concluant notamment à son annulation et à l'admission de son action en rectification du Registre foncier. Il invoque une violation des art. 29 al. 1 let. c et 29 al. 2 let. c LDFR. Subsidiairement, il fait valoir que la requête d'inscription provisoire n'a pas été formée avant l'aliénation. Les intimés concluent au rejet du recours dans leurs observations du 11 mars 2011. Le Tribunal cantonal se réfère aux considérants de son arrêt. 