Réponses de phosphorylation de la racine d'Arabidopsis à des stimuli biotiques, abiotiques et nutritionnels – PhosphoStim

Les plantes sont constamment soumises à des contraintes environnementales, comme des attaques par des pathogènes, des changements drastiques de la température et de la lumière ambiantes, ou un apport limitant en eau ou en nutriments. La combinaison de ces contraintes détermine l’état de stress général de la plante et, à terme, sa croissance et son développement. Le projet PhosphoStim vise à accroître notre connaissance des composants moléculaires fondamentaux qui déterminent la réponse des plantes à des stimuli biotiques et abiotiques. Du fait de leur capacité à percevoir et répondre à de multiples signaux, les racines jouent un rôle déterminant dans l’adaptation des plantes aux agressions de l’environnement. La régulation du statut hydrique de la plante, et de l’absorption de l’eau du sol en particulier, représente un autre aspect central de cette adaptation. PhosphoStim s’intéressera aux mécanismes biologiques fondamentaux impliqués, sur la base d’une analyse génomique de la régulation des protéines. Plus spécifiquement, le projet sera centré sur la phosphorylation des protéines, qui est reconnue comme un processus central dans la réponse des plantes aux signaux de l’environnement. Un panel de huit stimuli représentatifs sera utilisé pour caractériser la capacité de réponse du transport racinaire d’eau à un large spectre de signaux abiotiques et biotiques. Ces stimuli couvriront les effets de stress hydriques et ioniques (traitements par du mannitol et du chlorure de sodium), de stress nutritionnels [carence et apport en nitrate (NO3-) ou phosphate (H3PO4)], du saccharose (un métabolite signal important), d’espèces activées de l’oxygène et de l’azote [peroxyde d’hydrogène (H2O2), oxyde nitrique (NO)], et d’une protéine élicitrice bactérienne (flagelline). Les aquaporines sont des protéines canal à eau qui rendent compte de la capacité des racines à absorber l’eau du sol et à réguler ce processus en réponse à de multiples signaux. Les aquaporines sont régulées par phosphorylation, notamment sous l’effet de protéines kinases dépendantes du calcium (CDPKs). Une analyse exhaustive de l’expression des aquaporines et de leur phosphorylation en réponse aux huit stimuli sera réalisée par des approches de protéomique et phospho-protéomique quantitatives. Les CDPKs sont spécifiques des plantes et leur rôle central dans la signalisation cellulaire est encore mal compris. Dans ce projet, la fonction générale des CDPKs dans la réponse des plantes à des signaux métaboliques et environnementaux sera explorée, à l’aide d’une combinaison d’approches génétiques et biochimiques. Ainsi, PhosphoStim devrait révéler de nouveaux liens entre les CDPKs, les aquaporines, et la tolérance des plantes à des contraintes biotiques et abiotiques. L’identification de régulateurs centraux et de nouveaux matériels végétaux possédant une tolérance modifiée aux contraintes environnementales est également prévue. Cette recherche fondamentale, qui traduit un nouveau type d’approche intégrative, sera menée par trois laboratoires, tous intéressés par la réponse des plantes aux stress, et apportant leurs expertises respectives dans la régulation des aquaporines et du transport d’eau, la protéomique, et la fonction des protéines kinases. PhosphoStim fournira également un cadre pour le développement de nouvelles techniques en phospho-protéomique quantitative des protéines membranaires. Enfin, en produisant de nouvelles approches pour contrôler l’état de stress des plantes et de nouvelles voies de sélection de plantes résistantes aux stress, PhosphoStim pourra contribuer dans le futur à l’amélioration des performances des plantes cultivées sous contraintes environnementales.