Rôle des protéines de stress mitochondriales LEA et sHSP chez Arabidopsis – MITOZEN

Dans le contexte actuel de changement climatique, il est important de comprendre les mécanismes de la tolérance aux stress abiotiques des plantes pour développer des modèles et des stratégies de sélection et d'amélioration des cultures. Nous avons mis en évidence des adaptations spectaculaire des mitochondries de graines, qui du fait de leur capacité à se déshydrater, possèdent une remarquable tolérance au stress. En particulier les graines accumulent des protéines de stress telles que des petites Heat Shock Protein (sHSP) et des LEA (Late Embryogenesis Abundant protein). Les sHSPs appartiennent au groupe le plus répandu mais le moins conservé des HSPs. Induites dans des conditions de stress, elles contribuent à l'activité du réseau des chaperons moléculaires impliqués dans le contrôle et la maintenance de l'homéostasie des protéines. Chez les eucaryotes, des sHSPs mitochondriales n'ont pour l'instant été identifiées que chez les plantes et les insectes. Les protéines LEA sont des protéines hydrophiles, en général de structure intrinsèquement désordonnée, qui s'accumulent chez les organismes tolérants à la dessiccation et dont les fonctions sont encore énigmatiques. Le projet MITOZEN a pour objectif d'élucider les fonctions et les rôles physiologiques des petites sHSPs et des LEA mitochondriales (M-sHSP et M-LEA) chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. Le génome d'Arabidopsis comporte 19 gènes sHSP (dont 3 codant des M-sHSP) et plus de 50 gènes LEA, parmi lesquels nous avons récemment identifié 5 gènes codant des M-LEA.
Les fonctions moléculaires des M-sHSP et M-LEA seront explorées par des approches biochimiques et biophysiques avec des protéines recombinantes. Nous étudierons les caractéristiques structurales et les activités protectrices (oligomérisation, structure secondaire, activités chaperonnes, protection des membranes) en relation avec la déshydratation et le stress thermique, en utilisant des essais in vitro appropriés. Cette étude permettra de préciser les fonctions moléculaires des différentes protéines dans un contexte de stress (dessiccation pour les graines, température pour les plantes et les graines).
Afin d'étudier le rôle des différentes M-sHSP et M-LEA dans le développement et la physiologie des plantes, une approche de génétique reverse sera développée chez Arabidopsis. Des mutants knock-out simples et multiples seront construits, ainsi que des surexpresseurs avec un système inductible. Leurs phénotypes seront caractérisés en détail, notamment au niveau du développement et de la physiologie des graines, du fonctionnement mitochondrial et de la tolérance aux stress abiotiques des plantes.
L'intégration des résultats issus de cet ensemble d'approches multidisciplinaires (bioinformatique, biochimie et biophysique, génétique, physiologie) permettra d'établir les rôles et l'importance des différentes M-sHSP et M-LEA chez les plantes, et en particulier dans l'adaptation au stress. Ces avancées contribueront de façon plus large aux connaissances sur les chaperons moléculaires, en particulier sur leur rôle inexploré dans la tolérance à la déshydratation, et sur les fonctions des protéines LEA.