Un mécanisme de perception nutritionnelle des plantes

[Admin-lane 0]

Une équipe du Laboratoire de biochimie et physiologie moléculaire des plantes à Montpellier, en collaboration avec deux équipes américaines, met en évidence un mécanisme permettant l'ajustement de la croissance des racines des plantes en réponse à deux signaux nutritionnels majeurs, le nitrate et le phosphate. 

Ces travaux, publiés dans la revue Nature Communications, ouvrent la voie à la compréhension des mécanismes moléculaires impliqués dans la perception des combinaisons de signaux de l'environnement par les plantes.

  Image : le facteur de transcription NIGT1, aussi nommé HRS1, (marqué en vert par la protéine fluorescente GFP) permet le contrôle de la croissance des racines d'Arabidopsis (gauche) en réponse à une combinaison de deux signaux nutritionnels, le nitrate (NO3- ) et le phosphate (PO43-).  Anna Medici et Gabriel Krouk

Les plantes explorent des territoires du sol grâce à leurs racines de manière à trouver les minéraux nécessaires à leur croissance. Les éléments essentiels tels que le nitrate, source principale d'azote pour la plupart des plantes, ou le phosphate, jouent un rôle très important dans la nutrition des plantes, mais ils sont également des acteurs cruciaux du contrôle de la croissance des racines. Ils constituent d'ailleurs deux éléments majeurs des engrais dits NPK utilisés en agriculture.

Afin d'étudier les mécanismes moléculaires de ce contrôle, les chercheurs avaient développé une technique nommée TARGET (pour Transient Assay Reporting Genome-wide Effect of Transcription factors) qui permet de découvrir rapidement les gènes cibles directs d'un facteur de transcription donné (1). Dans cette étude en collaboration avec deux équipes américaines (UCSD, San Diego, et NYU, New York), ils ont appliqué cette technique au facteur de transcription AtNIGT1/HRS1 dont la synthèse est très fortement et précocement régulée par le nitrate dans les racines des plantes. L'étude des gènes cibles de ce facteur de transcription a permis de prédire son rôle potentiel dans le contrôle de la croissance des racines en réponse au phosphate. Il s'est ainsi avéré que AtNIGT1/HRS1 est capable de contrôler la croissance des racines en combinant d'une part la présence de NO3- qui contrôle l'expression du gène et d'autre part l'absence de phosphate contrôlant l'accumulation de la protéine.

Il est désormais admis que, plus que les signaux eux-mêmes, c'est la combinatoire de ces derniers qui peut être perçue par la plante (2) et l'originalité de ces travaux réside dans le fait que le rôle de AtNIGT1/HRS1 ainsi décrit fait partie des premiers du genre dans la perception d'une combinaison de signaux nutritionnels chez les plantes.

Cette recherche, bien que fondamentale, peut s'avérer essentielle dans un contexte de réchauffement climatique. En effet, des études récentes on montré qu'à l'échelle de l'écosystème planétaire l'accroissement de la sécheresse des systèmes agricoles modifie de manière dramatique la disponibilité en phosphate (à la hausse) et en azote (à la baisse), perturbant ainsi très fortement leur rapport pour les plantes. La découverte de ce nouveau mécanisme renforce les connaissances génériques nécessaires au développement de végétaux mieux adaptés à leur environnement.

Notes:

(1) Bargmann, B.O., Marshall-Colon, A., Efroni, I., Ruffel, S., Birnbaum, K.D., Coruzzi, G.M., and Krouk, G. (2013). TARGET: a transient transformation system for genome-wide transcription factor target discovery. Mol Plant 6, 978-980.

(2) Delgado-Baquerizo, et al., (2013). Decoupling of soil nutrient cycles as a function of aridity in global drylands. Nature 502, 672-676.



Techno Science 8/3/2015