Comprendre l'EVOlution des biopolymères structurant les BARrières apoplastiques protectrices des plantes par l'élucidation des voies métaboliques associées – EVOBAR

La colonisation des terres par les plantes, il y a environ 500 millions d’années, a constitué une étape décisive de la terraformation, ouvrant la voie à l’élaboration d’écosystèmes terrestres complexes et à l’apparition de nouvelles formes de vie. Lors de cette transition du milieu aquatique vers le milieu terrestre, les plantes ont été soumises à de nouvelles contraintes, telles que des irradiations solaires intenses (UV), la sécheresse, et des températures extrêmes et fluctuantes. La formation de barrières apoplastiques protectrices a probablement joué un rôle essentiel dans cette transition en isolant les cellules des agressions extérieures, en agissant comme un filtre anti-UV et en permettant la formation de structures spécialisées dans le contrôle des flux d’eau (ex. la cuticule). Chez les plantes à fleurs, ces fonctions sont principalement conférées par quatre biopolymères extracellulaires hydrophobes : la cutine, la subérine, la sporopollénine et la lignine. La compréhension de la biosynthèse de ces polymères chez les plantes à fleurs a considérablement progressé ces dernières années, mais leur origine reste mal connue. Des données récentes issues de l’étude des charophytes (algues d’eau douce) et des bryophytes (plantes terrestres les plus anciennes) suggèrent néanmoins qu’ils auraient évolué à partir d’un polymère ancestral commun. Le projet EVOBAR propose de révéler les origines des biopolymères végétaux nécessaires à la formation des barrières apoplastiques protectrices en étudiant les voies métaboliques conduisant à la synthèse de leurs précurseurs chez une sélection de plantes récapitulant l’étape de colonisation des terres : les charophytes Klebsormidium nitens et Mesotaenium caldariorum d’une part, et les bryophytes Marchantia polymorpha et Physcomitrella patens d’autre part. Le projet se concentrera principalement sur les enzymes de la famille des cytochromes P450 qui sont des déterminants de la diversité métabolique végétale et des acteurs essentiels de la synthèse des monomères aliphatiques et phénoliques qui forment les différents polymères ciblés. Le projet mettra en œuvre une démarche transdisciplinaire, reposant sur la production par CRISPR/Cas9 de mutants des gènes candidats identifiés par phylogénomique, la caractérisation biochimique des protéines recombinantes, le profilage métabolique et l’analyse des polymères des plantes sauvages et mutantes, ainsi que sur la caractérisation phénotypique et physiologique des plantes grâce aux techniques les plus récentes d’imagerie structurale et moléculaire (3D-SEM, MALDI-imaging). Les données issues du projet EVOBAR contribueront à révéler les modalités d’émergence des biopolymères végétaux formant les barrières apoplastiques et des voies métaboliques associées. Elles mettront également en lumière les propriétés des premiers biopolymères et leur impact sur le développement et la résilience environnementale des plantes, révélant potentiellement des mécanismes d’adaptation aux conditions terrestres primordiales. Les barrières apoplastiques végétales contrôlant des traits agronomiques importants (ex. cuticule/perte passive en eau ; endoderme subérisé/homéostasie des nutriments), le projet portera les germes de nouvelles stratégies, inspirées par l’évolution, pour l’amélioration de la résilience des plantes dans le contexte du changement climatique et de l’augmentation de la population mondiale. Il contribuera également à construire un socle de connaissances fondamentales nécessaires à l’utilisation raisonnée de la biomasse des bryophytes et des algues d’eau douce et de leur bioingénierie dans une démarche de chimie verte.