Etude des éléments controlant les pools de nitrate dans la cellule végétale – NITRAPOOL

L'ion nitrate est présent dans différents compartiments des cellules végétales. La vacuole joue un rôle de réserve et la taille du pool vacuolaire varie en fonction de la disponibilité en nitrate du milieu extérieur. Au contraire, le pool de nitrate cytosolique est relativement constant et joue deux rôles fondamentaux : (i) il assure la croissance et le développement de la plante en étant le lieu de réduction du nitrate en nitrite (ii) il joue un rôle de signal dans le contrôle des différentes étapes du développement de la plante en régulant l'expression de nombreux gènes. Enfin le chloroplaste contient à la fois du nitrate, en quantité constante et du nitrite. Les mécanismes capables de moduler la taille des pools de nitrate sont de deux types : i) les flux de nitrate à travers les différentes membranes de la cellule, plasmalemme ou tonoplaste, à partir ou vers le milieu extérieur et pendant les échanges entre compartiments cellulaires ii) la réduction du nitrate par la nitrate réductase qui a lieu dans le cytosol. Le maintien d'une homéostasie du nitrate cytosolique, condition essentielle à son rôle signal, requiert donc une coordination étroite à la fois entre ces différents flux et avec la voie d'assimilation du nitrate. Les travaux antérieurs des différentes équipes participant à ce projet démontrent un large savoir faire et des connaissances importantes dans le domaine du métabolisme azoté (transport et assimilation) et chacun des partenaires dispose d'outils importants pour l'étude chez Arabidopsis thaliana de ces phénomènes de co-régulation à l'échelle moléculaire. L'équipe coordinatrice (partenaire 1) a identifié un acteur majeur de l'influx racinaire (AtNRT2.1), localisé sur la membrane plasmique et a mis en évidence le rôle de ce gène non seulement dans le transport du nitrate mais aussi dans la morphologie et le développement racinaire. Récemment, cette équipe a aussi isolé un transporteur de nitrate localisé sur le tonoplaste (AtNRT2.7), impliqué dans le chargement en nitrate de la vacuole dans les graines. Le partenaire 1 a été également un pionnier des travaux de clonage du premier ADNc codant pour la nitrate réductase chez les plantes supérieures et a acquis de nombreuses données sur l'activité enzymatique de la protéine et sa régulation. De son côté depuis de nombreuses années, l'équipe 2 a contribué de façon très significative à la connaissance des activités des canaux anioniques chez les végétaux et a apporté des nouveaux indices sur leur structure moléculaire, leur régulation et leurs fonctions biologiques. En se concentrant sur la famille AtCLC, le partenaire 2 a identifié un acteur clé de l'accumulation du nitrate dans les vacuoles de cellules foliaires, la protéine AtCLCa qui fonctionne comme échangeur 2NO3-/H+ localisé sur le tonoplaste. En collaboration avec le partenaire 1, l'équipe 2 également mis en évidence le rôle des protéines CLC dans les variations des pools de nitrate et nitrite (AtCLCa et AtCLCe). Le partenaire 2 a également montré qu'un troisième membre de la famille, AtCLCc, est localisé sur la membrane plasmique, où il pourrait jouer un rôle dans l'efflux du nitrate du cytosol vers le milieu extérieur. Les différentes équipes participant à ce projet ont acquis un savoir-faire important dans le domaine de la voie d'assimilation de l'azote ou de la biologie des systèmes de transport membranaires. Cet ensemble de compétences permettra de développer une étude de biologie intégrée de l'homéostasie du nitrate couvrant l'ensemble des niveaux, moléculaire, cellulaire, tissulaire et plante entière. Les objectifs du projet sont d'étudier i) l'impact d'une modification des flux à travers le tonoplaste sur les flux à travers la membrane plasmique et sur la concentration du nitrate vacuolaire et cytosolique ii) l'impact d'une modification des flux à travers la membrane plasmique sur les flux à travers le tonoplaste et les pools de nitrate vacuolaire et cytosolique. En parallèle à ces études de flux, le