Signalisation calcique dans l'adaptation des plantes aux stress environnementaux – CASSIS

En tant qu’organismes sessiles, les plantes ne peuvent se soustraire aux contraintes environnementales auxquelles elles sont exposées. En particulier, la sécheresse et la forte salinité sont les contraintes abiotiques majeures affectant les rendements et la productivité des plantes cultivées. Leur impact sur l’agriculture risque de s’étendre dans les années à venir compte tenu des changements climatiques en cours. Il est donc essentiel de décrypter les mécanismes moléculaires qui sous-tendent la perception des stress et l’adaptation des plantes pour améliorer la tolérance aux stress des plantes cultivées et répondre aux besoins croissants de la population mondiale. Les plantes ont développé des réseaux de signalisation robustes et efficaces pour percevoir rapidement les stress et induire les réponses cellulaires adaptatives nécessaires à leur survie, telles que la régulation d’expression génique et les ajustements métaboliques. Les protéines kinases, capables de modifier par phosphorylation réversible l’activité, la stabilité ou la localisation de leurs cibles, jouent des rôles clés dans la signalisation des stress chez les plantes. La plante modèle Arabidopsis thaliana contient plus d’un millier de protéines kinases qui possèdent des fonctions biologiques spécifiques mais aussi parfois redondantes, pour permettre une régulation fine des réponses aux stress et assurer les processus cellulaires fondamentaux quelles que soient les conditions environnementales. Parallèlement aux mitogen-activated protein kinases (MAPKs) qui sont les kinases les plus étudiées et les mieux connues chez les plantes, les protéines kinases dépendantes du calcium (CDPKs) se révèlent être des acteurs majeurs des réponses aux stress biotiques et abiotiques. Elles possèdent la caractéristique unique de combiner au sein d’une seule protéine la capacité de percevoir les signaux calciques et d’y répondre par leur activité kinase. Les CDPKs constituent donc des senseurs privilégiés du calcium, qui est le médiateur le plus répandu des voies de signalisation chez les plantes. Le génome d’Arabidopsis code pour 34 CDPKs, qui présentent une certaine redondance fonctionnelle ayant limité leur découverte par les cribles de génétique classique. Seules quelques isoformes se sont vues attribuées un rôle biologique précis et la majorité des substrats reste inconnue. De nouvelles stratégies sont donc nécessaires pour élucider les fonctions des CDPKs in vivo. Le présent projet s’inscrit dans le cadre de la recherche fondamentale, et vise à comprendre et à évaluer les rôles des CDPKs dans la signalisation des stress abiotiques. Notre étude portera sur deux homologues très proches d’Arabidopsis, CPK5 et CPK6, qui se situent à l’intersection entre les signalisations biotique et abiotique. Dans une première partie, je propose de décrypter les mécanismes moléculaires liés à l’hypersensibilité au stress du double mutant cpk5cpk6 par une combinaison d’approches « omic » (transcriptomique, métabolomique et phosphoprotéomique). Dans une seconde partie, je propose d’utiliser une approche intégrée alliant la phosphoprotéomique, la biochimie, la biologie cellulaire et moléculaire, pour identifier in vivo des substrats de CPK5 et CPK6. Nous développerons des tests physiologiques combinés à des approches de génétique pour valider les différents gènes candidats et caractériser leurs rôles dans les réponses aux stress abiotiques régulées par CPK5 et CPK6. Ainsi, le présent projet contribuera à élucider les mécanismes moléculaires de la signalisation des stress chez les plantes.