Nouveaux acteurs de l’autorégulation systémique du développement des racines et des nodules chez les légumineuses – LEG-SYS

Les plantes de la famille des légumineuses développent des organes spécialisés d’acquisition des nutriments, notamment les nodules fixateurs d’azote et, chez certaines espèces comme le lupin blanc (Lupinus albus), des racines protéoïdes favorisant l’acquisition du phosphore. La formation de ces organes, fortement coûteuse en carbone, est finement régulée par des signaux systémiques intégrant l’état nutritionnel de la plante à l’échelle de l’organisme entier. Chez Medicago truncatula, ces régulations reposent sur deux modules antagonistes bien caractérisés : les peptides CLE, perçus par le récepteur SUNN, inhibent la nodulation, tandis que les peptides CEP, perçus par le récepteur CRA2, la stimulent en condition de carence azotée. Cependant, ces modèles restent largement centrés sur la nodulation et prennent peu en compte les réponses au phosphore et le développement racinaire, ni les étapes de maturation des peptides de signalisation.
Chez le lupin blanc, nous avons récemment mis en évidence une voie systémique « élargie », appelée AoDev (« Autoregulation of Development »), contrôlant conjointement la formation des nodules et des racines protéoïdes via le récepteur CCR1. Cette découverte révèle un mécanisme de régulation intégrée reliant les réponses à l’azote et au phosphore. L’identification d’un second mutant, ccr2, affecté dans un gène codant une prolyl-4-hydroxylase (P4H), suggère l’existence d’un niveau de régulation inédit impliquant des modifications post-traductionnelles de peptides de signalisation. Cette étape constitue aujourd’hui une lacune majeure dans la compréhension des voies systémiques, aucune enzyme responsable de l’hydroxylation des peptides n’ayant été fonctionnellement caractérisée à ce jour chez les plantes.
Le projet LEG-SYS vise à lever ce verrou en proposant une analyse intégrée des régulations systémiques du développement racinaire chez les légumineuses. Il repose sur trois hypothèses centrales : (i) la voie AoDev intègre des modules antagonistes de type CLE/CCR1 et CEP/CRA2, (ii) CCR2 contrôle la maturation des peptides via l’hydroxylation de résidus proline, constituant une nouvelle étape enzymatique de régulation des signaux peptidiques agissant à longue distance, et (iii) des voies impliquant des récepteurs CRA2/CRA2-like contribuent à l’intégration des signaux azote/phosphore. Pour tester ces hypothèses, le projet LEG-SYS combine des approches de génétique, biochimie des peptides, transcriptomique, et physiologie des régulations systémiques, dans deux espèces de légumineuses complémentaires, le lupin blanc et Medicago truncatula.
L’organisation en quatre « Work Packages » permettra d’identifier les peptides impliqués, de caractériser cette nouvelle enzyme de maturation post-traductionnelle, d’analyser les récepteurs associés, et d’intégrer ces éléments dans un modèle de régulation systémique unifié. En établissant pour la première fois un cadre mécanistique reliant maturation des peptides, perception et régulation développementale, le projet LEG-SYS ambitionne de dépasser les modèles actuels centrés sur la nodulation pour proposer une vision intégrée du contrôle systémique du développement racinaire en réponse à différents nutriments. Ces avancées fourniront des bases conceptuelles nouvelles pour comprendre la plasticité racinaire et, à terme, améliorer l’efficacité d’utilisation des nutriments dans un contexte agroécologique.