Caractérisation de la fonction du module MKK3 dans la dormance de la graine – MAPKSEED

La dormance est une caractéristique adaptative des graines mise en place au cours de leur maturation et qui leur évite de germer sur la plante mère ou à la mauvaise saison après dispersion. C’est aussi un trait agronomique important car la germination des grains avant leur récolte provoque d’importantes pertes de rendement. L’acide abscissique (ABA) est l’hormone-clef induisant la dormance alors que le nitrate (NO3-) la réduit en stimulant la dégradation de l’ABA. Les partenaires 1 et 2 du projet ont identifié récemment un nouveau module MAPK (Mitogen-activated protein kinase) complet, activé par l’ABA et par le NO3- chez les plantules d’Arabidopsis. Les mutants de ce module ont un phénotype de dormance accrue. Par ailleurs, des mutations dans les gènes homologues chez le blé et l’orge diminuent la germination des grains dans l’épi. Ces résultats suggèrent que le module est un acteur important et conservé du contrôle de la dormance des graines. Le fait qu’il soit activé par le NO3- et l’ABA suggère qu’il pourrait être un intégrateur de ces voies de signalisation.
Ce projet se propose de caractériser la fonction de ce module dans la germination de la graine en utilisant la plante modèle Arabidopsis et d’exploiter ces résultats pour développer de nouvelles stratégies de manipulation de la germination des plantes d’intérêt agronomique. Le WP1 a comme objectif de valider fonctionnellement le module MAPK en clarifiant à quel moment il est activé et quelles sont les kinases qui le composent, un module MAPK étant constitué d’au moins 3 kinases. Nous décrirons également la manière dont le module MAPK s’articule fonctionnellement avec les voies de signalisation de l’ABA et du NO3- à l’aide d’approches génétiques et biochimiques. Par ailleurs, ce module MAPK présente des caractéristiques originales qui le distinguent de ceux décrits jusqu’à maintenant. Le WP2 a donc comme objectif de mieux comprendre ces caractéristiques uniques. Nous nous intéresserons en particulier aux mécanismes de son activation qui dépendent étonnement à la fois de régulations transcritionnelles et post-traductionelles, ainsi qu’à la fonction d’un domaine très conservé de la MAP2K. Le WP3 vise à comprendre ce que le module contrôle dans la cellule. Nous identifierons et caractériserons des substrats phosphorylés par les MAPKs et importants pour sa fonction dans la germination. Nous éluciderons également les processus cellulaires contrôlés par le module à l’aide d’approches transcriptomiques et métabolomiques menées sur les mutants du module. Pour finir, nous identifierons des molécules inhibant le module et les utiliserons pour étudier sa conservation dans le règne végétal. Ces molécules seront également testées pour leur capacité à contrôler la dormance de plantes d’intérêt agronomique.
Ce projet repose sur la collaboration de 4 groupes reconnus comme leaders dans leurs domaines respectifs. Chacun apportera son expertise et ses compétences pour tester l'hypothèse originale que le module MAPK récemment découvert intègre des voies de signalisation environnementales distinctes pour déterminer si les graines doivent germer ou pas. Ce travail conduira à une meilleure compréhension des facteurs qui contrôlent la physiologie des graines. Il mettra en œuvre également une approche originale de chémobiologie chez la levure visant à identifier de petites molécules modifiant l'activité du module MAPK et modulant ainsi la dormance chez des espèces modèles et d’intérêt agronomique. Ainsi, par une recherche fondamentale originale, le projet MAPKSEED s'attaque à un enjeu important d'optimisation de l'agriculture durable dans un environnement en mutation.