Rôle régulateur des protéines HIR localisées dans les nanodomaines membranaires dans l'immunité dépendante des aquaporines chez les plantes – HIRAQIM

L'immunité des plantes est d'une importance critique dans un contexte de changement climatique qui favorise l'émergence de nouvelles maladies des plantes en supprimant leurs défenses et en modifiant la répartition géographique des phytopathogènes. Ces processus menacent la qualité des aliments, la santé humaine, l'économie et les écosystèmes. Récemment, un lien fort est apparu dans la littérature scientifique entre deux traits physiologiques : l'immunité et le statut hydrique de la plante. Cependant, les mécanismes moléculaires sous-jacents restent largement méconnus. Le projet HIRAQIM vise à pallier ce manque de connaissances.

Pour faire face aux attaques des pathogènes, les plantes ont développé des mécanismes sophistiqués et divers. Les protéines Hypersensitive Induced Reaction (HIR), qui s'organisent dans des nanodomaines de la membrane plasmique (MP) qui sont des structures de taille nanométrique enrichies en lipides et en protéines spécifiques jouant un rôle de plateforme de régulation/signalisation, participent à l'immunité des plantes via des mécanismes moléculaires inconnus. Cependant, nos résultats récents suggèrent que les protéines HIR d'Arabidopsis sont impliquées dans la signalisation H2O2 qui est essentielle pour les mécanismes de défense. De plus, nous avons montré que les protéines HIR interagissent physiquement avec les aquaporines Plasma membrane Intrinsic Protein (PIP), qui facilitent le transport de l’eau et de H2O2 à travers la MP, et régulent positivement leur activité. Étant donné que les protéines PIP sont régulées par des mécanismes de phosphorylation mais aussi par leur environnement lipidique dans les membranes, nous avons émis l'hypothèse que l'activation des PIP dans les nanodomaines contenant HIR2 pourrait reposer sur une composition lipidique spécifique et/ou sur la présence dans ces domaines de kinases activant les PIP. Outre leur rôle historique dans le maintien du statut hydrique de la plante, les protéines PIP apparaissent comme des composantes importantes de la défense contre les pathogènes. Il est intéressant de noter que le statut hydrique des tissus est un autre déterminant primordial de l'immunité des plantes. Nous pensons que les HIR pourraient moduler l'immunité des plantes via une régulation des protéines PIP dans des nanodomaines spécifiques de la MP.

Dans ce projet, nous proposons donc de :

- Etudier la régulation HIR-dépendante des aquaporines PIP chez Arabidopsis en associant des approches de microscopie et de biochimie de pointe. Nous analyserons l'influence de stimuli biotiques sur la co-localisation entre protéines HIR2 et PIP dans des nanodomaines de la MP et déterminerons si les protéines résidentes des nanodomaine HIR peuvent recruter des PIP dans des nanodomaines présentant une composition lipidique et/ou protéique spécifique, afin d'assurer leur bon fonctionnement.
- Analyser comment les protéines HIR sont impliquées dans la défense contre les pathogènes chez Arabidopsis thaliana en : (i) caractérisant la signalisation H2O2 dépendante des HIR à l'aide de biosenseurs H2O2, (ii) étudiant comment la régulation des aquaporines PIP médiée par les HIR peut influencer l'immunité des plantes en modulant le transport d’eau et/ou de H2O2, en comparant deux bactéries pathogènes dont la pathogénicité dépend de ces paramètres physiologiques.

Le projet HIRAQIM est basé sur la collaboration entre deux groupes qui présentent une forte complémentarité thématique permettant d’allier des approches de biologie cellulaire de pointe à une excellente maîtrise de la biologie des pathosystèmes. Ceci devrait aboutir à de nouveaux paradigmes relatifs aux mécanismes de régulation des transports à travers la MP et aux connexions entre des processus physiologiques à priori distants : le statut hydrique et l’immunité des plantes.