Rôle d’inhibiteurs du cycle cellulaire dans la réponse des plantes à des stress abiotiques – CKI-stress

Nous mettons en œuvre une série de mesures de la croissance, allant de l’expression de gènes candidats, la teneur et localisation des protéines correspondantes, le nombre et la surface des cellules dans les feuilles, la surface des feuilles jusqu’à la surface de la plante entière sur des génotypes différents cultivées dans des conditions contrôlées de stress hydriques du sol. Les conditions de stress hydrique et les mesures de croissance aux différentes échelles sont possibles sur de grands effectifs (nombreux génotypes, nombreuses répétitions et nombreuses variables mesurées) grâce à des plateformes de phénotypage à haut-débit.

Afin d’identifier des protéines régulant le nombre de cellules, et sa réduction en réponse à un stress hydrique, une analyse de transcrits sur les familles de gènes SIM/SMR et ICK/KRP, a été combinée à une analyse phénotypique de mutants. Le couplage de ces deux types d’analyses a permis d’identifier des gènes contrôlant la limitation des divisions cellulaires durant l’ontogénie de la feuille et ceux impliqués dans la limitation des divisions cellulaires en réponse au stress hydrique du sol.

Une analyse des protéines inhibitrices du cycle cellulaire ainsi que de leur dégradation au cours du développement des feuilles et en réponse au stress hydrique est en cours pour compléter l’analyse multi-échelles.

Betsch Léo (2013) Rôles des CKIs (Cyclin Kinase Inhibitor) dans la régulation du cycle cellulaire et l’adaptation au stress hydrique chez Arabidopsis thaliana. Rapport de stage de Master 1 parcours: Biologie fonctionnelle des plantes. 24 pages.
Bach L, Betsch L, Lamy G, Selden K, Berger N, Granier C, Genschik P (2013) Plant CDK inhibitors: Key players in plant growth reduction and stress tolerance under drougth? Poster présenté lors du congrés de « The Society for Experimental Biology » 2 - 6 juillet, Valence, Espagne.

Comprendre comment les plantes s’adaptent à différents types de stress et quelles sont les bases génétiques de ces adaptations est essentiel pour pouvoir prédire le comportement des végétaux dans des environnements changeants. Dans la nature comme dans les cultures, les plantes sont soumises simultanément à de nombreux stress qui peuvent exercer une pression de sélection significative. Au cours de l’évolution, les plantes se sont adaptées à une gamme très large de conditions environnementales variées incluant des combinaisons de stress biotiques et abiotiques. Dans un contexte de changement climatique, il est important d’identifier par quels moyens les plantes peuvent préserver leur croissance et leur développement. Il est largement établi qu’une large part de la plasticité du développement des plantes est liée à des variations d’activités du cycle cellulaire. De fortes corrélations entre la taille des organes végétaux et leur nombre de cellules ont été reportées pour de nombreuses espèces dans différentes gammes de scénarios environnementaux. L’identification des bases moléculaires contrôlant cette plasticité du cycle cellulaire pourrait d’une part mener à une meilleure compréhension des moyens par lesquels les plantes répondent à leur environnement mais pourrait également être une source potentielle d’amélioration génétique de l’adaptation des plantes aux stress. Un point limitant de la progression du cycle cellulaire lorsque les plantes sont soumises à un stress est le contrôle de la transition entre la phase G1 et la phase S. Les stress abiotiques induisent l’expression d’inhibiteurs de kinases cycline-dépendantes (CKI) qui en réduisant l’activité de ces kinases, inhibent la prolifération cellulaire et la croissance des organes.
Le projet CKI-Stress permettra d’analyser en détail cette famille de gènes dont certains ont été prédits précédemment comme des acteurs importants dans le contrôle du cycle cellulaire en réponse aux stress dans différentes espèces végétales. Des approches complémentaires de génétique et biologie moléculaire vont être combinées dans le but de mieux comprendre le rôle et la fonction des CKI dans le développement des plantes et leurs réponses aux stress. L’étude se focalisera sur trois types de stress abiotiques : la sécheresse, les fortes températures et le stress salin. Elle sera menée sur la plante modèle Arabidopsis thaliana pour tirer profit à la fois du matériel génétique disponible et potentiel chez cette espèce et d’une plateforme automatisée pour sa culture et son phénotypage reproductibles en réponses aux stress.
De nombreux mutants (simples et combinaisons multiples) affectés dans la fonction des gènes CKIs seront soumis à différents stress abiotiques et leur développement sera analysé avec une approche multi-échelle allant d’évènements cellulaires (division cellulaire, endoréduplication…) à des processus à l’échelle de la plante entière (expansion des feuilles, transition florale…). Ces analyses phénotypiques seront complétées par des analyses moléculaires et biochimiques afin d’analyser et d’identifier leurs régulations transcriptionnelles et post-traductionnelles en réponse aux stress. Nous espérons identifier le « dégron » de certaines protéines CKI mais également des ubiquitine E3 ligases, responsables de leurs dégradations. Ainsi nous souhaitons identifier tous les membres de la famille des SIM/SMRs impliqués dans les stress abiotiques indiqués. De plus nous voulons élucider comment ces gènes sont régulés par les protéines DELLAs (des protéines intégratrice du stress dans la voie de signalisation des gibbérellines) mais également en réponse à l’ABA, une hormone de stress qui régule négativement la prolifération cellulaire.