Bases moléculaires de l'adaptation des plantes à la carence en manganèse – DEFIMAN

Le manganèse (Mn) est un nutriment précieux pour les plantes qui l’utilisent comme cofacteur enzymatique. Le Mn est associé au centre actif du photosystème II (PSII) et à la superoxide dismutase, et peut donc impacter des métabolismes cellulaires centraux comme la fixation du CO2 ou la réponse antioxydante. Pour surmonter la faible disponibilité du Mn dans les sols, les plantes produisent le transporteur de Mn NRAMP1 à la surface des racines et s’adaptent aux fluctuations du Mn en contrôlant son trafic membranaire. La régulation de la dynamique de NRAMP1 et les acteurs impliqués n’ont pas encore été décrits. De plus, la concentration de Mn dans les graines est un critère crucial pour la vigueur des plantules: une faible teneur est associée à des problèmes de carence précoce et prédispose les plantes aux attaques pathogènes, affectant ainsi les rendements. Pourtant, les modalités de la charge en Mn de la graine sont mal connues. Elle dépend de transporteurs qui prélevent le Mn, le mobilisent vers les feuilles, le distribuent au sein de la cellule et le remobilisent vers les fleurs puis les graines au moment de la sénescence. Parmi les transporteurs de Mn publiés, certains par les partenaires de DEFIMAN, seul un petit nombre ont une fonction démontrée dans l’homéostasie du Mn in planta. Une meilleure connaissance des mécanismes de régulation et des transporteurs mis en jeu fournira une boite à outils pour manipuler la concentration en Mn des plantes. Cet objectif a jusqu’ici été freiné par l’absence de méthode pour visualiser les flux de Mn dans la cellule.

L’objectif du projet DEFIMAN est de combiner l’expertise complémentaire de 2 partenaires et d’utiliser les connaissances obtenues pour déchiffrer les bases moléculaires de l’adaptation des plantes aux variations du Mn. Il s’articule autour de 3 questions majeures.

1) Comment le prélèvement racinaire s’adapte-t’il aux variations de teneur en Mn du sol (WP1)? Nous étudierons les mécanismes de régulation post-traductionnelle de NRAMP1, en particulier la phosphorylation et l’ubiquitination. Nous combinerons analyse transcriptomique, interactomique des protéines, criblage biochimique et par imagerie, génétique inverse et quantitative. Le Mn déclenchant une production transitoire de calcium dans la racine, nous focaliserons une partie du travail sur des protéines kinases activées par le Ca2+ (CIPKs, CPKs). De plus, nous explorerons le rôle des E3 ubiquitine ligases dans l’endocytose de NRAMP1.

2) Peut-on élargir l’inventaire des gènes impliqués dans l’acheminement du Mn aux graines afin d’imaginer à l’avenir des stratégies de biofortification (WP2)? Pour identifier de nouveaux acteurs, nous proposons d’étudier la variation naturelle d’un caractère complexe, l’affectation du Mn aux graines, par des analyses QTL et GWAS. En parallèle, une approche gène-candidat sur des transporteurs de Mn sera entreprise.

3) Peut-on doter la communauté scientifique d’outils d’imagerie du Mn (WP3) qui nous permettront d’étudier les nouveaux acteurs de l’homéostasie du Mn identifiés dans les WP1 et 2? Ce consortium apporte les compétences requises pour mapper le Mn dans la graine par µXRF; De plus, nous espérons développer des sondes chimiques et des senseurs génétiques qui soient spécifiques du Mn.

Avec DEFIMAN, notre but est de construire un socle de base des mécanismes contrôlant le prélèvement du Mn et de son affectation aux graines, afin de transférer ces connaissances aux plantes cultivées et ainsi d’améliorer leur rendement et leur résilience.