Régulation de la photorespiration par phosphorylation protéique – Regul3P

La vie terrestre dépend de la photosynthèse des plantes pour produire de l’O2 et assimiler le CO2 en matière organique. L’enzyme foliaire la plus abondante est la ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygénase (RuBisCO) qui produit, via son activité carboxylase, les précurseurs pour la synthèse des sucres phosphates et toutes les autres molécules de la plante. Cependant, la RuBisCO possède une activité oxygénase produisant le 2-phosphoglycolate et d’autres molécules toxiques devant être métabolisés. Ceci est réalisé par le cycle photorespiratoire. Cette importante voie métabolique a un coût puisqu’elle utilise de l’énergie et du pouvoir réducteur libérant du carbone et de l’azote déjà assimilés sous forme de CO2 et d’ammonium qui sont réassimilés (avec un coût énergétique) ou perdus dans l’atmosphère. Pour ces raisons, le cycle photorespiratoire est décrit comme « néfaste » pour la productivité de la plante, il est donc une cible de choix pour l’amélioration des rendements. En effet, des plantes d’Arabidopsis avec un métabolisme photorespiratoire modifié présentent une biomasse augmentée comparée aux plantes sauvages. Bien que nous ayons une bonne compréhension des huit enzymes du cycle photorespiratoire ainsi que de certaines voies « bypass », la régulation de ce cycle est mal connue et nos connaissances sont limitées sur la façon dont les interactions sont coordonnées avec d’autres voies métaboliques et fonctions de la plante (photosynthèse, respiration, métabolismes C1 et azoté). Des données récentes montrent que toutes les enzymes photorespiratoires sauf une peuvent être phosphorylées. La phosphorylation d’une protéine peut aboutir à une modulation fonctionnelle au niveau de son activité, sa localisation sub-cellulaire, sa capacité à interagir avec d’autres protéines et sa stabilité. Le but principal de ce projet est d’élucider le rôle de la phosphorylation des protéines dans le contrôle et la régulation du cycle photorespiratoire. Ceci sera accompli sur les enzymes photorespiratoires en (1) analysant leurs changements d’état de phosphorylation par phosphoprotéomique ciblée, (2) comprenant l’effet de la phosphorylation sur leur activité et leurs propriétés cinétiques par analyse d’enzymes recombinantes non phosphorylables ou mimant une phosphorylation, (3) évaluant l’impact de la phosphorylation/non-phosphorylation de ces enzymes sur la physiologie et le métabolisme de la plante par transformation de mutants exprimant des enzymes mutées et (4) identifiant des protéines kinases responsables de la phosphorylation de ces enzymes dans les peroxysomes. Notre projet, regroupant des acteurs et l’expertise nécessaire à sa réussite, apportera une meilleure compréhension du rôle de chaque phosphorylation sur la fonction des enzymes photorespiratoires, et son impact sur le cycle photorespiratoire et ses interactions avec d’autres voies métaboliques. Pour atteindre notre but, nous utiliserons des approches complémentaires incluant des analyses protéomiques et phosphoprotéomiques, des protéines recombinantes, de la mutagenèse dirigée et des chromatographies d’affinités ainsi que des analyses ciblées (LC-MS, HPLC) et non-ciblées (GC-TOF-MS) de métabolites. Les données générées augmenteront nos connaissances fondamentales concernant les voies métaboliques clés et leurs interactions. Les nouveaux outils et résultats indiqueront les voies métaboliques qui peuvent/devraient être modifiées pour améliorer l’aptitude de la plante à s'adapter à un environnement changeant (ex: augmentation du taux de CO2 et des températures), dans le but de maintenir son rendement (biomasse) en utilisant de plus faibles quantités d’intrants (ex: fertilisants). Nous prévoyons ainsi que le projet contribuera à la définition d'éléments et de processus qui pourront ensuite être validés chez des espèces d’intérêt agronomique permettant de comprendre et promouvoir les stratégies appropriées à l’amélioration de leurs rendements.