Analyse du remodelage de la paroi végétale par analyses mécaniques et modèles biomimétiques – WALLMIME

La paroi primaire végétale est une structure complexe formée de protéines et de polysaccharides. Elle joue un rôle majeur dans la croissance des plantes et, de fait, la production de biomasse. Les pectines sont l’un des composants majeurs de la paroi primaire végétale, représentant jusqu’à un tiers de la masse de matière sèche, et sont utilisées dans l’industrie agro-alimentaire en tant qu’agent gélifiant. Au sein des pectines, les homogalacturonanes (HG) sont constitués d’un homopolymère d’acides galacturoniques liés en ?-1,4, qui peuvent être méthylestérifiés et acétylés. Les pectines de type HG jouent un rôle majeur dans les changements des propriétés mécaniques des cellules en régulant la croissance, via l’action d’enzymes contrôlant leur degré de polymérisation (DP) - polygalacturonase (PG) ou pectin/pectate lyase (PLL) - ou leur degré de méthylestérification/acétylation (DM/DA) - pectin methylesterase (PME) ou pectin acetylesterase (PAE) - toutes encodées par des familles multigéniques. A l’heure actuelle, des approches combinées de biologie développementale et de biophysique ont permis d’apporter des éléments sur les effecteurs mécaniques qui déterminent la forme des cellules. Cependant, l’existence de phénomènes de compensation au sein des familles de gènes, mais également au sein des polysaccharides de la paroi, rend la compréhension du rôle des enzymes de modification des HG difficile à appréhender. Les objectifs du projet WALLMIME sont donc de: i) Caractériser au niveau biochimique un ensemble d’enzymes de remodelage des HG (PME, PAE, PG, PLL), ii) Suivre extensivement leurs effets après application sur des hypocotyles étiolés et des modèles biomimétiques de paroi et iii) Construire un modèle intégratif de la dynamique du remodelage des pectines de type HG. Pour cela, nous utiliserons : d’une part, des films/membranes mimétiques et, d’autre part, l’hypocotyle étiolé d’Arabidopsis. Les films mimétiques combinant des microfibrilles de cellulose et des pectines de structures différentes (DM, DA, DP), constituent un système contrôlé permettant d’étudier le rôle du pH, de la force ionique et de la concentration en calcium, qui sont des effecteurs importants de l’homéostasie de l’apoplaste. L’hypocotyle d’Arabidopsis à l’obscurité, dont l’allongement est exclusivement dû à l’élongation cellulaire, permettra quant à lui de relier les modifications du réseau pectique aux changements phénotypiques. Le projet WALLMIME est organisé en 4 Work Packages (WP) scientifiques et un WP de coordination. L’originalité du projet réside dans le fait que les trois WP scientifiques (WP1: Conséquences de l’action des enzymes sur la structure du polymère et l’intégrité cellulaire, WP2 : Conséquences de l’action des enzymes sur les propriétés mécaniques et WP3: Conséquences de l’action des enzymes sur l’élongation et la déformation) seront réalisés sur l’hypocotyle étiolé d’Arabidopsis et sur les membranes biomimétiques en parallèle. Ceci permettra d’optimiser la complémentarité d’expertise des trois partenaires et de confronter au maximum les données obtenues. Le WP4 permettra d’élaborer un modèle intégré de la dynamique du réseau pectique grâce aux résultats expérimentaux des WP1 à 3. Grâce à des experts de différents champs disciplinaires (enzymologie, biophysique, chimie des polysaccharides, glycomatériaux), le projet WALLMIME augmentera significativement nos connaissances sur la dynamique de la paroi. Ceci est de première importance afin de comprendre comment les plantes produisent leur biomasse. Ce domaine est actuellement très compétitif ; le projet, en combinant la caractérisation des enzymes de remodelage des pectines sur des organes végétaux et des modèles mimétiques sera une contribution originale. Il permettra une meilleure compréhension de l’action de ces enzymes, ouvrant ainsi des perspectives quant à leur utilisation pour la production de glycomatériaux.