Projet ANR-12-BSV2-0020 – SUBCELIF : Distribution intra-cellulaire du fer chez les plantes, spéciation chimique et nouvelles fonctions
Programme : Blanc - SVSE 2 - Biologie cellulaire et biologie du développement (Blanc SVSE 2) 2012
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Stéphane Mari (laboratoire de Biochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes)
Partenaires : Centre d'Études Nucléaires de Bordeaux Gradignan; Institut des Sciences Analytiques et de Physico-Chimie pour l'Environnement et les Matériaux; Biochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes; Laboratoire Génome et Développement des Plantes
Montant : 449723.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 48 mois
Résumé : Le fer (Fe) est un microélément essentiel pour tous les organismes vivants. Chez les plantes, le fer est requis comme co-facteur pour de nombreuses voies de biosynthèse et pour les chaînes de transfert d’électrons de la photosynthèse et de la respiration. La plupart de ces réactions ont lieu dans des compartiments subcellulaires (chloroplaste, mitochondrie…) où le fer doit être correctement distribué. Par ailleurs, le fer en excès peut entraîner la production de radicaux libres fortement toxiques, ce qui contraint les cellules à maintenir une stricte homéostasie pour s’adapter à des conditions fluctuantes. Les facteurs contrôlant la distribution intracellulaire du fer sont toutefois méconnus, alors qu’au niveau de la plante entière les mécanismes d’acquisition du fer sont maintenant très bien caractérisés. Le projet SUBCELIF découle d’un précédent projet ANR (DISTRIMET, 2007-2010). Parmi les faits marquants de ce projet, le partenaire 1 avait mis en évidence la présence du premier transporteur de complexes fer-nicotinamine sur l’enveloppe du chloroplaste (AtYSL6) et isolé un double mutant ysl4ysl6 chez Arabidopsis thaliana affecté dans l’accumulation de Fe chloroplastique, entraînant une forte sensibilité à l’excès de fer. Le partenaire 1 avait également développé une coloration histochimique permettant de détecter le fer à l’échelle subcellulaire, ce qui a conduit à la découverte d’un nouveau site d’accumulation de Fe dans le nucléole.
L’objectif du projet est d’étudier, chez Arabidopsis thaliana, les mécanismes d’allocation du fer dans les organites, d’identifier les ligands impliqués dans la compléxation du fer au sein de ces compartiments et de caractériser le rôle, jusque-là inconnu, du fer dans le nucléole. Le projet SUBCELIF, focalisé sur deux compartiments subcellulaires, répondra à deux questions : quel est le rôle des transporteurs YSL et de la nicotianamine (important ligand métallique) dans l’homéostasie du fer chloroplastique ? Quelle est la fonction du pool de fer nucléolaire ? Le projet réunira 4 partenaires ayant des domaines de compétence complémentaires : physiologie moléculaire et génétique de l’homéostasie du fer (P1, Montpellier), biologie moléculaire et biochimie du fonctionnement du nucléole (P2, Perpignan), analyse de la spéciation des métaux (P3, Pau), imagerie élémentaire (P4, Bordeaux). Les partenaires utiliseront des approches complémentaires permettant de répondre aux questions posées, telles que la génétique inverse, le fractionnement subcellulaire et la biochimie pour caractériser l’activité de transport transmembranaire des protéines YSL et le rôle de la nicotianamine dans les plastes (P1) ; des analyses mécanistiques du métabolisme des ARN ribosomiques et de l’activité de la nucléoline (P2) en fonction de contraintes nutritionnelles en fer (combinaison de conditions de cultures et choix de mutants) pour établir un lien fonctionnel entre le fer et l’activité catalytique du nucléole ; l’imagerie élémentaire par histochimie, émission de fluorescence (XRF) ou de rayons X (PIXE) pour localiser les atomes de fer in situ (P1,P3,P4) ; la spectroscopie d’absorption de rayons X (EXAFS et XANES) et le couplage de chromatographies et de spectrométrie de masse pour identifier les formes chimiques du fer présentes dans les plastes et le nucléole (P3).
La faisabilité du projet est basée sur des publications en commun et sur des résultats préliminaires qui valident l’ensemble des approches. Les retombées attendues du projet sont une meilleure compréhension de l’homéostasie du fer dans le chloroplaste et l’identification d’un nouveau rôle du fer dans un site commun à tous les eukaryotes, le nucléole.