Quand la forme du noyau communique le stress chez les plantes !

Publié par Adrien le 25/04/2020 à 09:00
Source: CNRS INSB
Les plantes ont développé de nombreuses stratégies pour s'adapter à leur environnement. Dans une étude interdisciplinaire publiée dans la revue Current Biology, des chercheurs ont montré que le noyau de la cellule devient plus dense et plus rigide en réponse à la sécheresse. Cette réponse impliquant un régulateur de l'enveloppe nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) conduit à une forte expression de gènes conférant à 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 Eucaryotes. Elles sont, avec les autres...) une résistance au stress (Le stress (« contrainte » en anglais), ou syndrome général d'adaptation, est l'ensemble des réponses d'un organisme soumis à des...).

La cellule de plante comme toute cellule eucaryote est capable de percevoir les signaux environnementaux et de transmettre l'information au noyau pour induire une réponse adaptée. Jusqu'à présent, cette réponse au niveau du noyau n'avait été abordée qu'au niveau de l'expression de gènes (contrôle épigénétique, transcription de gènes).


A-B: Compression d'un noyau sauvage (WT) coloré au DAPI pour effectuer une mesure de rigidité par micro-rhéométrie. Le noyau isolé est placé entre 2 micro-lamelles, l'une souple de rigidité calibrée (lamelle haute) et l'autre rigide (lamelle basse). Images avant (A) et après (B) compression. Les déformations relatives du noyau et de la lamelle souple permettent de mesurer le module élastique du noyau. Echelle 5 µm.
C-D: Visualisation de la forme des noyaux dans une pointe de racine d'Arabidopsis en 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...) confocale. L'enveloppe nucléaire est visualisée par un marqueur fluorescent (vert) et le pourtour des cellules est révélé par coloration à l'iodure de propidium (rose magenta). En condition contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) (C) le noyau a une forme ronde. En condition de stress hyper-osmotique (0.3M mannitol), le noyau se déforme. Echelle 5 µm.
E-F: Résistance des mutants gip1gip2 à un stress hyper-osmotique important. A 0.4 M mannitol (Le mannitol ou 1,2,3,4,5,6-hexanehexol (C6H8(OH)6) est un polyol ("sucre-alcool") ; c'est un produit similaire au xylitol ou au sorbitol. Cependant, le mannitol a tendance à perdre un ion hydrogène en solution aqueuse, ce qui acidifie la...), les mutants présentent des feuilles bien vertes (F) par rapport à une plantule sauvage (E) qui montre des feuilles sénescentes. Echelle 2mm.
© A. Asnacios INSIS (images A-B)
© ME Chabouté INSB (images C-F)

Dans le cadre d'une collaboration interdisciplinaire (Un travail interdisciplinaire intègre des concepts provenant de différentes disciplines.), initiée par un projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de contribution, et...) "défi du 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).) MECANOBIO" impliquant deux instituts du CNRS (INSIS et INSB), les chercheurs ont étudié la réponse à un stress hyper-osmotique chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. Ce stress, induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en électricité (générateur) ou en force (moteur).) par le sel ou le sucre (Ce que l'on nomme habituellement le sucre est, dès 1406, une "substance de saveur douce extraite de la canne à sucre" (Chrétien de Troyes, Le Chevalier au lion). Il est majoritairement formé d'un...), mime le stress physiologique subi en cas de sècheresse. En visualisant un marqueur de l'enveloppe nucléaire par imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main, soit par...) du vivant, ils ont montré que le noyau des cellules racinaires change de forme lors du stress. Grâce à l'utilisation de techniques physiques, comme la micro-rhéométrie, les chercheurs ont pu évaluer les propriétés mécaniques du noyau, qui devient plus rigide et compact dans ces conditions. Cette réponse est associée à l'induction de gènes mécano-sensibles permettant à la plante de résister au stress, notamment en modifiant leur paroi cellulaire.

Toutes ces réponses étant réversibles, le noyau se comporte ici comme un rhéostat mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout...). La petite protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques. En général, on parle de...) multifonctionnelle GIP/MZT1, localisée à l'enveloppe nucléaire, régule (Les régules sont des alliages d'étain ou de plomb et d'antimoine.) négativement ces réponses: sa déficience entraîne une réponse permanente au stress hyper-osmotique. De ce fait, les noyaux dans les cellules mutantes ont déjà acquis la compétence de s'adapter au stress et confèrent aux plantes une plus grande résistance au stress hyper-osmotique, ce qui limite, notamment, les effets de sénescence au niveau de leur système foliaire.

Ces résultats ouvrent une nouvelle voie de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne...) sur le rôle de l'enveloppe nucléaire dans la perception des contraintes environnementales et permettent de mieux comprendre comment les plantes résistent au stress hydrique.

Pour en savoir plus

Mechanical shielding in plant nuclei.
Goswami R, Asnacios A, Milani P,Graindorge S, Houlné G, Mutterer J, Hamant O, Chabouté ME.
Current Biology 23 avril 2020.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.03.059.

Laboratoires

Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de 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 êtres vivants (ou...) moléculaire des plantes (IBMP) - (CNRS/Université de Strasbourg)
12, rue (La rue est un espace de circulation dans la ville qui dessert les logements et les lieux d'activité économique. Elle met en relation et structure les différents quartiers, s'inscrivant de ce fait...) du général Zimmer 67084 Strasbourg cedex.

Laboratoire Matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide,...) et Systèmes Complexes (MSC) - (Université de Paris/CNRS/Université Paris-Diderot)
10 Rue Alice Domon et Léonie Duquet, 75013 Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au...).

Reproduction et développement des Plantes (RDP) - (ENS Lyon/INRAE/CNRS/univ Claude Bernard)
46 allée d'Italie 69364 Lyon cedex 07.
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