Projet H2020 PLISUS : Signalisation des lipides végétaux sous stress hydrique et salin

Comment les lipides anti-stress aident à rendre les plantes plus résilientes Décrire comment un groupe de protéines aide à avertir les plantes de facteurs de stress tels que la sécheresse et la salinité pourrait aider à semer les graines d'une agriculture et d'une sécurité alimentaire plus durables pour une population mondiale en croissance rapide. Les conditions environnementales difficiles limitent les endroits où les cultures peuvent être cultivées et peuvent entraîner des pertes de rendement. Alors que les facteurs de stress tels que la sécheresse et le sel provoquent des changements dans la physiologie et la biochimie des plantes, comprendre comment les plantes les perçoivent et s’y adaptent est devenu une question de recherche urgente.

Un certain nombre de composés organiques, collectivement appelés lipides, qui constituent la membrane d’une cellule végétale sont connus pour être essentiels. « Deux lipides, le diacylglycérol et l'acide phosphatidique, connus comme des « seconds messagers » essentiels, déclenchent des changements physiologiques au niveau cellulaire d'une plante », explique Miguel Botella, coordinateur du projet PLISUS financé par l'UE. « Compte tenu de ce rôle important, ils doivent être strictement réglementés, nous avons donc voulu explorer certains des mécanismes clés qui rendent cela possible. » L'objectif du projet était d'explorer le rôle des sites de contact entre les unités de travail d'une cellule (organites), en particulier celles situées dans la membrane plasmique du réticulum endoplasmique, connues pour être essentielles à la communication et à la régulation des processus cellulaires.

Cette recherche a été réalisée avec le soutien du programme Actions Marie Sködodowska-Curie. Exploration de la membrane réticulum-plasma endoplasmique Chez les plantes, les membranes cellulaires forment de nombreux sites de contact entre la plupart des organites de la cellule, y compris la membrane plasmique qui entoure les cellules, offrant une protection contre l'environnement extérieur. Les cellules végétales ont développé plusieurs processus de signalisation pour avertir des facteurs de stress et déclencher des processus de protection. La signalisation lipidique déplace les lipides de la membrane plasmique vers la membrane du réticulum endoplasmique. Une famille de protéines appelées synaptotagmines (SYT) est essentielle à ce processus, car elles « relient » les membranes. Des études antérieures ont montré que les SYT contiennent une région appelée domaine SMP qui se lie à une classe de lipides appelés phospholipides, suggérant le mécanisme par lequel les protéines SYT régulent réellement la signalisation lipidique. « Les protéines SYT pourraient déplacer ces phospholipides de la membrane plasmique vers le réticulum endoplasmique, où ils sont modifiés avant d'être renvoyés vers la membrane plasmique pour contrer le stress », ajoute Botella.

Pour étudier ce phénomène, l’équipe a utilisé la microscopie confocale pour étudier une plante modèle, l’arabette des thales (Arabidopsis thaliana), en utilisant des plantes sauvages comme groupe témoin, ainsi que des mutants SYT dans lesquels une protéine SYT non fonctionnelle avait été insérée. Pour analyser comment l'endocytose, le processus utilisé par les cellules pour réguler les substances entrant et sortant des cellules, est affectée par le stress, des plantes ont été étudiées dans des conditions de contrôle et après des traitements par le froid. Ils ont découvert que l’endocytose était altérée chez les mutants, car le stress dû au froid modifiait la teneur en lipides diacylglycérols de la membrane plasmique. Pour mieux comprendre ce processus, le projet a utilisé l’analyse transcriptomique pour rechercher d’autres gènes susceptibles de contrôler le processus d’endocytose. Bien que le projet ait identifié des protéines intéressantes, des recherches supplémentaires sont nécessaires avant de pouvoir tirer des conclusions. « Des travaux antérieurs ont décrit comment les SYT maintiennent la stabilité du lipide diacylglycérol dans la membrane plasmique en cas de stress.

« PLISUS relie cette homéostasie au processus d'endocytose », explique Botella. « Nous avons été surpris de constater que les complexes SYT mutés ne peuvent absolument pas réaliser d'endocytose, ce qui suggère que la teneur en diacylglycérols de la membrane plasmique est un régulateur essentiel de ce processus. » Des cultures plus résilientes Les résultats de PLISUS contribuent aux efforts visant à améliorer la résilience des cultures grâce à des programmes de sélection ou à des manipulations génétiques. « La pénurie d'eau et la forte salinité limitant les zones de culture et de culture horticole, nos résultats pourraient avoir des applications pratiques très spécifiques », explique José Aznar-Moreno, chercheur au sein du projet.

Étant donné que le mécanisme moléculaire sous-jacent exact et les conséquences physiologiques du lien entre le complexe SYT et la voie endocytaire restent inconnus, c'est désormais l'objet de l'attention des chercheurs.