CE13 - Biologie cellulaire, biologie du développement et de l’évolution

Transfert des lipides aux mitochondries et formation des sites de contact lors de la carence en phosphate chez les plantes. – MiCoSLiT

Transport des lipides vers les mitochondries et formation des sites de contact lors de la carence en phosphate chez les plantes.

Le projet MiCoSLiT cherche à comprendre comment le remodelage des lipides se produit dans les mitochondries des plantes en réponse à la carence en phosphate et comment ce remodelage affecte la résistance globale des plantes à ce stress.

L'objectif du projet est d'identifier les protéines clés impliquées dans le transport des lipides mitochondriaux et la formation des sites de contact lors de la carence en phosphate

Le contexte global du projet MiCoSLiT est la compréhension des mécanismes impliqués dans l'adaptation des plantes à la carence en phosphate, un stress nutritionnel commun ayant un impact sur la croissance des plantes et le rendement des cultures. Pour s'adapter à ce stress, les plantes ont développé plusieurs mécanismes pour augmenter l'absorption du phosphate extracellulaire et remobiliser les réserves intracellulaires. Dans les cellules, un tiers du phosphate est contenu dans les phospholipides, les principaux composants des membranes cellulaires. Ainsi, en réponse à une faible teneur en phosphate, les phospholipides sont partiellement dégradés et remplacés par un lipide non phosphoré, le digalactosyldiacylglycérol (DGDG), synthétisé dans les plastes. Pour réaliser ce remodelage lipidique, le DGDG doit être transporté des plastes vers d'autres organites, comme les mitochondries, le tonoplaste ou la membrane plasmique. Le transport de DGDG vers les mitochondries est médié par un transport non vésiculaire aux sites de contact entre les deux organites. Les objectifs du projet MiCoSLiT sont 1) d'identifier les protéines candidates impliquées dans la formation de sites de contact membranaire entre les mitochondries et les plastes et / ou dans le processus de transport lipidique, 2) de caractériser leur fonction dans la formation de sites de contact membranaire et / ou le transport des lipides vers les mitochondries et 3) d'étudier leur rôle dans la réponse des plantes à la carence en phosphate. Ce projet augmentera nos connaissances sur les mécanismes impliqués dans l'adaptation des plantes à la carence en phosphate.

Pour atteindre nos objectifs, plusieurs approches complémentaires seront utilisées.
Pour identifier de nouveaux candidats potentiellement impliqués dans la formation des sites de contact et / ou le transport des lipides, trois stratégies seront mises en œuvre: 1) l'analyse du protéome mitochondrial en réponse à la carence de phosphate, 2) l'analyse des partenaires de protéines candidates localisées dans les mitochondries ou dans plastes et 3) l'optimisation d'une technique de purification des sites de contact membranaire entre plastes et mitochondries. À partir de ces différentes approches, les candidats seront sélectionnés pour étudier leur rôle dans le transport des lipides, la formation des sites de contact membranaire et la résistance globale des plantes à la carence en phosphate. Pour cela, des lignées de perte de fonction et de surexpression seront utilisées pour réaliser des analyses fonctionnelles de nos candidats (analyses lipidiques, croissance en présence et absence de phosphate, analyse des sites de contact). Des tests de transfert lipidique in vitro seront également réalisés pour comprendre si nos candidats sont directement impliqués dans le transfert lipidique.

Par cette stratégie, nous avons actuellement identifié trois protéines candidates potentiellement impliquées dans la formation des sites de contact membranaire et le transfert des lipides vers les mitochondries. L'analyse fonctionnelle de ces candidats est en cours.

L'analyse fonctionnelle de nos trois protéines candidates mettra en évidence leurs rôles dans le processus de remodelage des lipides se produisant lors de la carence en phosphate et leur importance pour la résistance des plantes à ce stress. Les résultats ouvriront également des perspectives importantes concernant la compréhension des mécanismes impliqués dans la régulation de la formation des sites de contact mitochondriaux et des processus de transport des lipides.

N/A

La carence en phosphate (Pi) est un stress fréquent entraînant une baisse importante de rendement des plantes cultivées. L’adaptation des plantes met en jeu différents mécanismes afin d’augmenter l’absorption du Pi extracellulaire et de remobiliser les réserves intracellulaires. Les phospholipides, principaux composants des membranes non-plastidiales, renferment un tiers du Pi cellulaire. Lors d’une carence, ces lipides sont partiellement dégradés afin de libérer du Pi et remplacés par un lipide non-phosphaté synthétisé dans le plaste, le digalactosyldiacylglycérol (DGDG). Ainsi, la synthèse et le transfert de DGDG vers différents organites sont fortement induits dans cette situation. Les mécanismes impliqués dans ce remodelage lipidique restent mal compris. Le transfert du DGDG à la mitochondrie s’opère au niveau de sites de contact avec le plaste. J’ai précédemment identifié chez Arabidopsis thaliana un super-complexe, le complexe MTL (Mitochondrial Transmembrane Lipoprotein), impliqué dans le transfert du DGDG à la mitochondrie en carence de Pi. Dans ce complexe, la protéine AtMic60, localisée dans la membrane interne des mitochondries, joue un rôle indirect dans ce transfert en favorisant la formation des sites de contact entre les membranes mitochondriales et en les déstabilisant. L’absence de la protéine AtMic60 entraine une diminution partielle du transport de lipides, suggérant que d’autres voies sont également impliquées. D’autre part, les mécanismes de formation des sites de contact entre mitochondries et plastes sont à l’heure actuelle peu connus. Le projet MiCoSLiT a pour but d’identifier et de caractériser les acteurs clés impliqués dans la formation des sites de contact mitochondrie-plaste et dans le transport des lipides en carence de Pi. L’hypothèse de travail est que le complexe MTL, ainsi que d’autres acteurs qui restent à identifier, sont impliqués. Dans un premier temps, trois approches biochimiques seront mises en place afin d’identifier des protéines candidates. La première est basée sur une caractérisation approfondie du complexe MTL en termes de composition et d’organisation afin 1) de mieux comprendre les différentes fonctions de ce complexe et 2) de mettre en évidence d’autres protéines qu’AtMic60 potentiellement impliquées dans le transfert de lipides et/ou la formation des sites de contact membranaires. Afin d’identifier de nouvelles voies, deux autres approches, non-ciblées, correspondant à une analyse du protéome mitochondrial en carence de Pi et à l’optimisation d’une approche de purification des sites de contact mitochondrie-plaste, seront également mises en place. Ces approches seront réalisées à partir de cultures cellulaires d’A. thaliana en présence et en absence de Pi afin de mettre en évidence des candidats impliqués dans la réponse à ce stress. Dans un deuxième temps, une caractérisation fonctionnelle d’un petit nombre de candidats sera réalisée afin d’analyser leur rôle dans le transport de lipides aux mitochondries et/ou la formation des sites de contact mitochondrie-plaste. Pour terminer, l’implication de ces candidats dans la réponse globale de la plante à la carence en Pi sera étudiée afin de mettre en évidence l’importance du remodelage lipidique dans le processus d’adaptation des plantes à ce stress. Les retombées du projet MiCoSLiT sont attendues à la fois dans le domaine de la recherche fondamentale et dans le domaine de l’agronomie. En effet, ce projet permettra de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans la formation des sites de contact entre organites et dans le transport des lipides aux mitochondries, processus fondamentaux qui restent mal compris à l’heure actuelle. De plus, il permettra de mieux comprendre comment les plantes s’adaptent à la présence de faible quantité de Pi dans le sol, ouvrant ainsi des perspectives à long termes sur le développement de variétés dont les rendements seraient moins impactés par ce stress.

Coordinateur du projet

Madame Morgane Michaud (LABORATOIRE DE PHYSIOLOGIE CELLULAIRE ET VEGETALE)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

LPCV LABORATOIRE DE PHYSIOLOGIE CELLULAIRE ET VEGETALE

Aide de l'ANR 248 664 euros
Début et durée du projet scientifique : octobre 2019 - 36 Mois

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