Projet ANR-12-ADAP-0010 – AUTOADAPT : Role de l’AUTOphagie dans l’ADAPTation des plantes aux limitations en nitrate ou suphate dans leur environnement
Programme : Adaptation - des gènes aux populations.Génétique et biologie de l'adaptation aux stress et aux perturbations (BIOADAPT)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Madame CELINE MASCLAUX-DAUBRESSE (Institut Jean Pierre Bourgin)
Partenaires : Institut Jean-Pierre Bourgin; Écophysiologie Végétale, Agronomie et Nutritions
Montant : 451481.0 euros
Durée : 48 mois
Résumé : Autophagie et adaptation des plantes aux carences en nitrate et sulfate.L'autophagie est un mécanisme cellulaire qui permet aux organismes de recycler efficacement leurs nutriments afin d'assurer leur croissance, leur reproduction et éventuellement leur survie en milieu hostile. Le but de ce projet est de comprendre son rôle dans la gestion des ressources azotées.
Autophagie, protéolyse et recyclage de l'azote et du souffre.L’enjeu de ce projet est de déterminer comment l'autophagie participe à l'adaptation des plantes à des milieux pauvres en azote et en souffre. Pour cela quatre objectifs ont été définis. Dans un premier temps nous déterminerons et quantifierons le rôle de l'activité autophagique sur le rendement des plantes en graines, sur l'efficacité de gestion des ressources azotées et soufrées pour la formation des graines et sur l'élaboration de graines viables et de qualité. Nous identifierons la nature des ressources protéiques recyclées dans les feuilles des plantes mères pour servir à l’apport de nutriments vers les graines. Nous comparerons ces éléments dans des plantes soumises ou non à des privations en azote ou en souffre pour  évaluer le rôle du processus autophagique dans l’adaptation des plantes à leur environnement. Enfin nous étudierons le rôle de l'autophagie dans la graine elle-même et estimerons la variabilité génétique existant pour ce processus chez les plantes.
Physiologie moléculaire comparée de plantes affectées ou non dans l'autophagiqueNos objectifs sont(i) Estimer le rôle de l'autophagie dans le recyclage des sources de souffre et d'azote au niveau de la plante entière par des études de traçage isotopique et d'analyse des isotopes lourds fournis à la plante par spectrometrie de masse isotopique (IRMS) (ii) Déterminer les activités protéolytiques mises en place pendant la sénescence foliaire et lors de lar remobilisation du souffre et de l'azote ar la mesure de ces activités in vitro et in gelo (iii) Déterminer la nature des cibles protéiques de l'autophagy par l'étude du protéome en chromatographie en phase liquide et spectrométrie de masse (LCMS) (iv) Analyser les modifications protéiques de type carbonylation sur gels 2D or 1D SDS Page(v) En utilisant une population d'accession d'Arabidopsis la variabilité naturelle de l'activité autophagique est analysée en relation avec la variabilité de l'efficacité d'utilisation de l'azote et celle des caractères de sénescence foliaire
Résumé de la soumission : Organismes statiques, les végétaux sont le plus souvent limités en minéraux. La possibilité de remobiliser l’azote organique des feuilles sénescentes, vers les organes en croissance où cet azote sera réutilisé, est un processus essentiel pour assurer leur productivité et leur adaptation à un environnement fluctuant. En situation de limitation en azote, la sénescence foliaire est accélérée et l’efficacité de remobilisation de l’azote est accrue. L’azote n’est pas le seul élément remobilisé, mais c’est le plus étudié. La protéolyse qui est une étape clef dans les processus de recyclages cellulaires est sans doute très importante pour la remobilisation des nutriments lors de la sénescence. Toutefois les processus sont encore mal connus. L’autophagie, qui est une  forme de digestion cellulaire existant chez tous les eucaryotes, pourrait être un élément clef de la remobilisation des nutriement et dans l’adaptation des plantes à leur environnement. L’autophagie implique une machinerie spécifique basée sur l’expression des gènes ATG et sur la formation de vésicules à doubles membranes appelées autophagosomes. Le processus d’autophagie existe à un niveau basal dans toutes les cellules eucaryotes. Chez la levure et l’animal elle est impliquée dans la survie cellulaire en favorisant l’élimination des protéines oxydées, des organites abîmés et autres éléments toxiques. Parallèlement, l’autophagie permet le recyclage des  composés cellulaires et la fourniture de nouveaux nutriments. La régulation fine du niveau d’autophagie est essentielle au maintien de l’homéostasie cellulaire. Chez tous les organismes, l’autophagie est induite par les carences en acides aminés ou en sucre.  Chez les plantes l’existence de « vacuoles autophagiques » a été démontrée en microscopie électronique dans les années 70 par le travail pionnier de Francis Marty, professeur à l’Université de Bourgogne. Les évènements moléculaires sous-jacents à cette dynamique cellulaire sont cependant restés pendant longtemps inconnus. Depuis une dizaine d’années, 25 gènes AtATG orthologues de gènes de levure ont été identifiés, provoquant un regain d’intérêt pour cette fonction cellulaire. L’autophagie est vraisemblablement exprimée à un niveau basal dans toutes les cellules de plantes et elle pourrait comme chez l’animal assurer la longévité des cellules, l’élimination des déchets et le recyclage des nutriments. Son rôle dans le recyclage et la remobilisation de l’azote est suggéré par le fait que (i) plusieurs gènes d’autophagie sont surexprimés au cours de la sénescence foliaire et également en situation de carence azotée, (ii) les mutants d’autophagie ont un phénotype de sénescence foliaire précoce particulièrement en situation de limitation en azote et (iii) la formation d’autophagosomes (vacuoles d’autophagie à double membrane) est nécessaire pour diriger les « Rubisco Containing Bodies » (RBC) vers la vacuole centrale (iv) le marquage à l’azote 15N montre un déficit de remobilisation de l’azote dans les mutants. Le but de ce projet est d’étudier différents aspects du rôle physiologique de l’autophagie dans le recyclage et la gestion de l’azote et du souffre au niveau plante entière, au niveau de la feuille sénescente et au niveau de la grain, notamment en situation de limitation en azote ou en souffre. Ce projet inclut l’effet de l’autophagie sur les flux d’azote au niveau plante entière et en particulier vers le grain, l’étude du protéome et de ses altérations, l’étude des enzymes protéolytiques. A notre connaissance ces aspects n’ont jamais été abordés par les groupes s’intéressant à l’autophagie.
Résultats : Les premiers résultats montrent que l'autophagie est importante pour la résistance aux carences en azote et en souffre.
Perspectives : Les perspectives du projets sont de déterminer s'il existe une autophagie sélective de certains composés de feuilles et ce selon les conditions de nutrition des plantes. La connaissance de ces cibles et leur capacité à être une source de souffre et/ou d'azote remobilisable permettra d'envisager des solutions pour améliorer les capacité de gestion des nutriement dans les plantes notamment en situation de carence en nitrate ou sulfate.
Publications et brevets : aucune pour l'instant