Projet ANR-12-BSV6-0004 – StrigoPath : Voies de signalisation des strigolactones (et/ou de dérivés) chez les plantes terrestres
Programme : Blanc - SVSE 6 - Génomique, génétique, bioinformatique et biologie systémique (Blanc SVSE 6)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Madame Catherine Rameau (Institut National de la recherche Agronomique)
Partenaires : Institut de Biologie et de Technologies de Saclay; Institut de Biologie et de Technologies de Saclay; Institut de Chimie des Substances Naturelles; Institut Jean-Pierre Bourgin; Institut des Sciences des Plantes de Paris Saclay
Montant : 484000.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 48 mois
Résumé : Les strigolactones, une nouvelle classe d’hormone végétale contrôlant l’architecture des plantes à fleursMode d’action des strigolactones chez les plantes à fleurs ; comparaison avec les premières plantes terrestres (mousse)
Comprendre les mécanismes de perception des SLs et les gènes des voies de signalisationLes Strigolactones (Sls) répriment le démarrage des bourgeons axillaires. Ces molécules étaient déjà connues pour leur rôle dans des interactions symbiotiques et parasitaires. Ce projet vise à caractériser les voies de signalisation des SLs et les mécanismes de perception des SLs sur deux modèles, une plante vasculaire, le pois et une plante non vasculaire, la mousse Physcomitrella patens. Des approches de génétique, de transcriptomique et la synthèse d’analogues fluorescents des SLs sont utilisées.
Approches moléculaires et études fonctionnelles des gènes ; chimie de synthèse et mécanisme de perception des SLsLa transcriptomique et la synthèse organique sont développées afin de comparer les voies de réponse aux SLs chez nos 2 modèles. Des SLs profluorescentes (la fluorescence est émise après hydrolyse de la sonde par le récepteur), bioactives, sont synthétisées et permettent d’analyser l’activité enzymatique du récepteur qui appartient à la super-famille des a,ß-hydrolases. La fonction des gènes est analysée par génétique inverse (TILLING chez le pois, Recombinaison Homologue et méthodologie CRISPR-CAS9 chez la mousse) et par des études biochimiques.
Résumé de la soumission : Les Strigolactones (Sls) qui représentent la classe d’hormones végétales découvertes le plus récemment, sont des molécules dérivées des caroténoïdes qui répriment le démarrage des bourgeons axillaires. Ces molécules, principalement produites dans les racines des plantes, étaient déjà connues pour leur rôle dans la rhizosphère, en tant que signal de la proximité d’une racine hôte pour les plantes parasites (Striga et Orobanche) et pour les champignons mycorhiziens à arbuscules. Leur triple rôle, d’une part en tant qu’inducteur de la germination des graines de plantes parasites et stimulateur de la prolifération des hyphes, et d’autre part en tant que répresseur de la ramification des plantes suggère une histoire intrigante pour cette voie de signalisation. La découverte récente du rôle positif des SLs sur l’activité du cambium indique une nouvelle fonction hormonale stimulatrice de la prolifération cellulaire. Jusqu’à présent, plus de 13 SLs naturelles ont été identifiées dans les exudats racinaires de plantes terrestres. Le squelette central des strigolactones est une lactone tricyclique (partie ABC) liée par une liaison éther d'énol à une furanone alpha,beta insaturée (cycle D). La diversité structurale intra et inter spécifique des SLs de plantes pourrait expliquer les activités variées pour ces molécules, en tant qu’hormones végétales et en tant que signaux pour les graines de plantes parasites et pour les hyphes de champignons. Il est très probable que cette classe de molécules soit très ancienne, puisque les symbioses mycorhiziennes à arbuscules étaient présentes il y a plus de 460 millions d’années, avant l’apparition des racines, et que la mousse Physcomitrella patens produit des SLs. Chez cette bryophyte, on a pu observer des effets opposés des SLs sur le développement des protonemas (filaments de la mousse), en fonction des conditions environnementales (lumière/obscurité). Ce projet vise à caractériser la voie de signalisation des SLs et à comprendre son évolution chez les plantes terrestres, par deux approches, transcriptomique d’une part (RNA seq) et étude des relations structure/fonction d’autre part, et ce sur deux modèles, une plante vasculaire, le pois (Pisum sativum) et une plante non vasculaire, la mousse P. patens. Des molécules de SLs marquées au tritium seront synthétisées et utilisées dans des études métaboliques afin d’identifier les composés bioactifs éventuellement dérivés des SLs et/ou leurs produits de dégradation. Au cours de ce projet, les SLs (et/ou des composés dérivés de ces SLs) présentant une activité biologique, et les différents facteurs intervenant dans la voie de signalisation seront caractérisés et comparés entre les deux modèles d’étude, à savoir le bourgeon axillaire (et l’organe tige-nœud) du pois et les filaments de mousse poussée à la lumière ou à l’obscurité. La fonction des gènes qui auront été identifiés sera analysée par des études de génétique inverse (TILLING chez le pois, Recombinaison Homologue chez la mousse) et par des études biochimiques (liaison protéine/protéine ou ligand/récepteur). Ce travail doit contribuer à l’augmentation des connaissances sur le mode d’action d’une nouvelle hormone dont les rôles sur le développement des plantes sont nombreux et variés. On retrouve parmi les caractères agronomiques importants régulés par les SLs le nombre de tiges, la taille des grains et des fruits, la capture de l’eau et des nutriments du sol, et la production de bois. Ce travail doit conduire à l’élaboration de stratégies nouvelles pour l’amélioration et la gestion des plantes, mais aussi pour le contrôle du développement de plantes parasites extrêmement dévastatrices.
Résultats : L’utilisation des sondes profluorescentes permet de comprendre le mécanisme de réception des SLs et de déterminer les caractéristiques enzymatiques  des protéines récepteurs. 
La voie de signalisation des SLs est différente entre la mousse P.  patens et les plantes vasculaires : 
la caractérisation du mutant Ppmax2 de mousse indique que la fonction du gène MAX2 impliqué dans la réponse aux SLs est précédée par sa fonction dans la photomorphogenèse. Chez la mousse, plusieurs gènes D14like (au lieu d’un gène D14 chez le pois) sont candidats pour coder le récepteur des SLs.
Perspectives : L’analyse des nouveaux mutants de pois obtenus par des approches TILLING pour des gènes répondant aux SLs permettra une meilleure connaissance de la voie de signalisation des SLs pour leur rôle dans l’inhibition de la ramification et l’allongement des entre-nœuds. Les mutants de mousse simples et multiples obtenus pour les gènes D14like vont être analysés pour déterminer s’ils sont affectés dans la réponse aux SLs. Les sondes profluorescentes permettront de caractériser l’activité enzymatique pour différents substrats des protéines récepteurs potentiels aux SLs chez la mousse.
Publications et brevets : de Saint Germain et al. (2013) Novel insights into strigolactone distribution and signalling Curr. Opin. Plant Biol. 16: 583-589
Boyer et al. (2014) New Strigolactone Analogues as Plant Hormones with Low Activities in the Rhizosphere. Molecular Plant: (2014) 7: 675-690
Brevet N° de dépôt FR 12 54700. Nouveaux analogues de SLs et leur utilisation pour le Traitement des Plantes. BOYER, F.-D. ; RAMEAU, C. ; PILLOT, J.-P. ; SERVAJEAN, V. ; DE SAINT GERMAIN, A. ; BEAU, J.-M. Extension internationale : 23 mai 2013. PCT/EP2013/060624  
Hoffmann B, Proust H, Belcram K, Labrune C, Boyer FD, Rameau C, Bonhomme S. (2014) Strigolactones Inhibit Caulonema Elongation and Cell Division in the Moss Physcomitrella patens. PLoS One.;9(6):e99206. 
Boyer F-D, de Saint Germain A, Pouvreau J-B, Clavé G, Pillot J-P, Roux A, Rasmussen A, Depuydt S, Lauressergues D, Frei dit Frey N, Heugebaert TSA, Stevens CV, Geelen D, Goormachtig S, Rameau C (2014) New Strigolactone Analogs as Plant Hormones with Low Activities in the Rhizosphere. Molecular Plant 7: 675-690 
De plus, lors du Premier Congrès International sur les Strigolactones (Wageningen,  the Netherlands 01-06 March 2015), 5 exposés (dont 2 invités) ont été faits par les partenaires du projet.