Comment les plantes contrôlent-elles le transport des nutriments ?
Publié par Isabelle le 14/06/2019 à 14:00
Source: CNRS INSB

La manière dont les plantes régulent l'acheminement des produits de la photosynthèse pour optimiser leur croissance, est une question centrale dans le contexte environnemental actuel. Dans cette étude, publiée dans la revue Nature Plants, les chercheurs ont découvert que certains lipides étaient des acteurs importants de ce processus et ont également mis en avant une régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se rattache au plan scientifique à l'automatique.) pour le moins inattendu du processus de transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la...) via des ponts cellulaires appelés plasmodesmes.

Les plantes capturent et utilisent l'énergie solaire (L'énergie solaire est l'énergie que dispense le soleil par son rayonnement, directement ou de manière diffuse à travers l'atmosphère. Sur Terre, l'énergie solaire est à l'origine du cycle de...). Grâce à la photosynthèse (La photosynthèse (grec φῶς phōs, lumière et σύνθεσις sýnthesis, composition) est le processus bioénergétique qui permet aux plantes et à...), elles fabriquent à partir d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) et de CO2 de la matière organique (La matière organique (MO) est la matière carbonée produite en général par des êtres vivants , végétaux, animaux, ou micro-organismes. Il s'agit par exemple des glucides, protides...). Les sucres, produits de la photosynthèse, sont transportés des feuilles (ou autres tissus photosynthétiques) vers le reste de la plante (Les plantes (Plantae Haeckel, 1866) sont des êtres pluricellulaires à la base de la chaîne alimentaire. Elles forment l'une des subdivisions (ou règne) des...) et notamment vers les organes puits (qui puisent les sucres) en pleine croissance. Ces derniers ont un besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les besoins primaires,...) critique de cet apport nutritif. Le transport de nutriments peut s'effectuer sur une longue distance grâce au système vasculaire mais également de cellule à cellule, les deux étant souvent couplés. Comprendre comment le transport et le "déchargement" des produits de la photosynthèse dans les tissus puits sont régulés au niveau moléculaire est une question critique en biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de l'histoire naturelle des...) végétale.

Dans le cadre d'une collaboration internationale, les chercheurs ont découvert un nouveau gène (Un gène est une séquence d'acide désoxyribonucléique (ADN) qui spécifie la synthèse d'une chaîne de polypeptide ou d'un acide...), appelé Phloem Unloading Modulator ("PLM") affectant le déchargement des produits de la photosynthèse au niveau du système racinaire chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. Ils ont pu montrer que des mutants "perte de fonction" présentaient une augmentation du taux de déchargement dans la pointe racinaire et ce à une interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de connaître de l’autre pour pouvoir fonctionner correctement.) cellulaire spécialisée précédemment identifiée comme critique dans ce processus.

En combinant des approches en génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.) inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x = 1, si 1...), microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet de rendre visible des éléments...) photonique et analyses biochimiques, les chercheurs ont établi que PLM est impliqué dans la voie de biosynthèse de certains lipides, appelés sphingolipides. Ces composants, essentiels aux membranes biologiques, agissent par une voie encore inconnue sur la structure de pores membranaires ultra (ULTra (pour (en)« Urban Light Transport ») est un système de transport individuel de type Personal Rapid Transit (PRT), autrement dit un moyen de transport...) spécialisés appelés plasmodesmes. Ces derniers sont de véritables portes en périphérie (Le mot périphérie vient du grec peripheria qui signifie circonférence. Plus généralement la périphérie désigne une limite...) des cellules végétales qui permettent la communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine (télécommunications,...) intercellulaire chez les plantes contrôlant ainsi un des processus fondamentaux au développement des plantes: la communication intercellulaire et le transport de nutriments (voir figure). Ces plasmodesmes sont des structures extrêmement plastiques pouvant s'ouvrir et se fermer afin de contrôler les échanges intercellulaires. En analysant l'ultrastructure de ces pores membranaires nanoscopiques, les chercheurs viennent de démontrer, contre toutes attentes, que des pores apparemment fermés étaient en fait perméables et favorisaient les échanges entre cellules. Ces travaux remettent en question les modèles actuels permettant d'expliquer la régulation des échanges moléculaires entre cellules via ces pores ultraspécialisés spécifiques au règne végétale.


Figure: Structure 3D d'un plasmodesme par tomographie électronique © William Nicolas

Pour en savoir plus:
Sphingolipid biosynthesis modulates plasmodesmal ultrastructure and phloem unloading.
Yan D, Yadav SR, Paterlini A, Nicolas WJ, Petit JD, Brocard L, Belevich I, Grison MS, Vaten A, Karami L, El-Showk S, Lee JY, Murawska GM, Mortimer J, Knoblauch M, Jokitalo E, Markham JE, Bayer EM, Helariutta Y.
Nat Plants. 2019 Jun;5(6):604-615. doi: 10.1038/s41477-019-0429-5. Epub 2019 Jun 10.

Contact chercheuse:
Emmanuelle Bayer - Chercheuse CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) au Laboratoire de Biogenèse Membranaire (CNRS/Université de Bordeaux) - emmanuelle.bayer at u-bordeaux.fr
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