Implication des lipides dans les mécanismes de régulation de l'organogenèse – fatROOT

Les lipides membranaires participent à de nombreux processus de régulation cellulaire mais leur rôle dans l’organisation des tissus et organes demeure mal compris. Le développement des racines latérales chez les plantes représente un outil expérimental unique pour étudier les mécanismes qui dépendent des lipides et qui contrôlent l’organogenèse. Les acides gras à très longue chaîne (VLCFAs) sont des acides carboxyliques de plus de 20 carbones produits dans une variété de formes par des complexes enzymatiques aux sous-unités KCS particulières. Ces VLCFAs peuvent ensuite être intégrés dans une diversité de métabolites cellulaires pouvant remplir des fonctions structurales ou de signalisation. Chez les plantes les VLCFAs peuvent ainsi (i) participer à la cutine et la subérine, des polyesters aliphatiques imprégnant la paroi cellulaire, ou (ii) rentrer dans la composition de lipides membranaires aux rôles complexes, en particulier des phospholipides et des sphingolipides. Il est décrit que les VLCFAs sont importants pour le bon développement caulinaire et racinaire des plantes et qu’ils y interagissent avec des voies de régulation hormonales, en particulier de l’auxine et des cytokinines. Cependant, les réseaux de régulation de l’organogenèse contrôlant ou impliquant les lipides à VLCFA demeurent inconnus.
Nous avons récemment identifié que PUCHI, un facteur de transcription requis pour l’organogenèse de la racine latérale chez Arabidopsis thaliana, régulait l’expression d’un ensemble d’enzymes de biosynthèse des VLCFAs, en particulier certaines KCS, dans l’organe en développement. En utilisant la formation des racines latérales comme modèle et le mutant puchi comme outil, ce projet vise à élucider le rôle de la régulation de la biosynthèse des VLCFAs au cours de la formation d’un nouvel organe. Nous testerons l’hypothèse selon laquelle la régulation de la biosynthèse des VLCFAs par PUCHI influence le profil lipidique et les propriétés des membranes cellulaires dans le jeune primordium racinaire, module le trafic intracellulaire de protéines membranaires, en particulier des transporteurs d’auxine, et au final impacte les processus d’organisation fonctionnelle de l’organe en développement.
Ce projet débutera par une caractérisation fine des domaines d’expression des enzymes de biosynthèse des VLCFAs au cours du développement des racines latérales, et par l’identification du réseau de régulation, en aval de PUCHI, contrôlant cette répartition. Des constructions rapportrices et des variants fonctionnels des acteurs identifiés seront produits afin de caractériser leur relation avec le développement des racines latérales et avec leur profil lipidomique. Les métabolites lipidiques incorporant les VLCFAs dépendants de PUCHI seront identifiés par analyse lipidomique détaillée des tissus racinaires de génotype sauvage et puchi. Leur distribution dans les tissus racinaires sera étudiée grâce à l’utilisation de biosenseurs spécifiques déjà publiés et par le développement de deux nouvelles méthodes de détection des sphingolipides. L’impact de ces composés lipidiques sur le développement racinaire sera évalué sur la base du phénotype racinaire de mutants. Plus particulièrement, l’influence de ces lipides sur le dynamisme du système endomembranaire et le trafic intracellulaire de protéines membranaires sera exploré grâce au développement d’une méthode innovante de suivi des transporteurs d’auxine. Enfin, l’importance de PUCHI, et des VLCFAs qui en dépendent, sur la régulation de la distribution des signaux auxine et cytokinine et sur l’organisation fonctionnelle des identités cellulaires dans le jeune primordium racinaire sera évaluée. Les récents développements d’analyse transcriptomique single cell seront employés pour caractériser avec un niveau de détail sans précédent les phénomènes de spécification des identités cellulaires tout au long de la formation de la nouvelle racine, et leur dépendance de PUCHI.