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L'équipe de Benoît Lacombe du Laboratoire de biochimie et physiologie moléculaire des plantes, en collaboration avec des chercheurs de l'université de Münster, identifie la protéine phosphatase ABI2, un composant majeur de la signalisation de l'acide abscissique, une hormone de 'stress', comme un nouvel acteur impliqué dans le transport et la perception du nitrate chez Arabidopsis. Ceci révèle l'existence de relations entre la nutrition azotée des plantes et leur réponse aux conditions environnementales fluctuantes. Ces travaux sont publiés dans la revue Science Signaling.
Figure: Le dispositif de "split-root" permet d'étudier le développement racinaire en conditions nutritives hétérogènes. Ici, deux plantules d'Arabidopsis thaliana de 17 jours sont placées dans des conditions différentes de concentration en nitrate: une partie du système racinaire est en présence d'une faible concentration (LN, Low Nitrate) et l'autre en présence d'une forte concentration (HN, High Nitrate). Les racines se développent plus abondamment dans la zone riche en nitrate.
© Marjorie Pervent, Sophie Léran et Benoit Lacombe
L'azote est un nutriment essentiel pour la croissance des plantes. La forme d'azote principalement utilisée dans les agrosystèmes est le nitrate, NO3-. Cependant cet ion n'est pas retenu dans le sol, une grande partie est lessivée avant d'avoir pu être prélevée par les plantes. Plusieurs approches, dont les apports fractionnés d'engrais, ont permis de diminuer les lessivages. Une autre approche est d'améliorer la capacité des plantes à prélever ce nutriment dans des conditions fluctuantes dans le temps et dans l'espace. Pour cela, il est important d'identifier les mécanismes qui permettent à la plante d'une part de le prélever dans le sol et d'autre part de percevoir sa disponibilité pour adapter son développement racinaire. La protéine NPF6.3/NRT1.1 est impliquée dans ces deux mécanismes. En effet, cette protéine est impliquée à la fois dans le transport de nitrate depuis le sol mais aussi dans la capacité des plantes à percevoir le nitrate.
L'équipe de Benoît Lacombe du Laboratoire de Biochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes à Montpellier, en collaboration avec l'équipe de Jörg Kudla (Université de Münster, Allemagne), a dans un premier temps identifié le senseur de calcium CBL1 (Calcineurin B-Like 1) qui interagit et active la kinase CIPK23 (CBL Interacting Protein Kinase 23) entrainant une inhibition de l'activité de transport de NPF6.3. Dans un deuxième temps, un crible dans l'ovocyte de xénope a permis d'identifier la protéine phosphatase de type 2C, ABI2, comme étant un régulateur négatif du couple CIPK23-CBL1. ABI2 est capable d'interagir avec CIPK23 et CBL1 et de les déphosphoryler, entrainant une inactivation de la kinase et donc une activation de NPF6.3/NRT1.1. Des approches in planta ont permis de démontrer que les plantes qui n'expriment plus ABI2 (knock-out abi2-2) ont des phénotypes identiques aux plantes qui n'expriment plus NPF6.3/NRT1.1 (chl1-5). Pris dans leur ensemble ces résultats démontrent que la protéine ABI2 est impliquée dans le transport et la perception du nitrate par les plantes.
Figure: Schéma d'interactions physiques et fonctionnelles au sein du réseau de régulations protéiques impliquées dans le transport et la perception du nitrate chez Arabidopsis thaliana. La protéine NPF6.3/NRT1.1 est une protéine de la membrane plasmique impliquée dans le transport et la perception du nitrate. Elle est régulée négativement par le couple CIPK23/CBL1. Ces protéines sont déphosphorylées et inactivées par la protéine phosphatase ABI2. ABI2 est donc un régulateur positif de NPF6.3/NRT1.1. Les doubles flèches vertes représentent les interactions physiques mises en évidence par des expériences de BiFC (Bimolecular Fluorescence Complementation) et les flèches rouges les interactions fonctionnelles.
© Sophie Léran et Benoit Lacombe
L'identification d'ABI2 démontre l'existence de relations entre la nutrition azotée des plantes et leur réponse aux conditions environnementales fluctuantes. Par exemple, en condition de stress hydrique qui entraine la synthèse de l'acide abscissique, hormone de stress, la protéine ABI2 est inactivée ce qui entrainerait une inhibition du transport et de la perception du nitrate. Ce travail ouvre donc des perspectives pour comprendre les connexions entre les signalisations nutritionnelles et hormonales.
Ce travail a bénéficié du soutien du programme "Chercheurs d'Avenir" de la Région Languedoc-Roussillon à Benoit Lacombe et d'un financement de l'ANR.
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