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Régulation de la croissance par les voies de signalisation de l'énergie

Publié le 29 mai 2019
​Membres du LGBP : Benoît Menand, Marie-Hélène Montané, Christophe Robaglia, Cécile Lecampion, Annemarie Matthes, Seddik Harchouni, Adam Barrada, Rikhia Majumder
Collaborations : Christian Meyer (INRA IJPB Versailles), Lyubov Ryabova (CNRS, IBMP Strasbourg), Carole Caranta (INRA Avignon).

 

​Projet

Au niveau de la plante entière, le statut énergétique de la photosynthèse est connecté au contrôle de la croissance et à la réponse aux stress externes (sécheresse, manque de nutriments, attaques de pathogènes, etc..). La croissance est en grande partie contrôlée via l'activité globale et spécifique de la machinerie de synthèse protéique et via les régulations du cycle cellulaire. Certains mécanismes de régulation de la croissance sont très anciens et conservés au sein de l'arbre phylogénétique des espèces vivantes.

Cependant, la manière dont ces mécanismes se sont intégrés aux ressources énergétiques des organismes photosynthétiques, ainsi que le rôle décisif qu'ils auraient pu jouer lors de l'évolution et de la colonisation des terres par les plantes, sont encore mal connus. L'une des voies de signalisation modulant la croissance et le métabolisme conservée chez les eucaryotes est la voie de signalisation de TOR (Fig. 1). La protéine TOR (Target Of Rapamycin) est une grande protéine de la famille des phosphatidylinositol-3 kinase-like protein kinase (PIKK) qui est conservée.

 

​Nous étudions la voie de signalisation de TOR chez les plantes à fleurs (principalement Arabidopsis thaliana) et chez la mousse Physcomitrella patens. P. patens fait partie d'un groupe basal de plantes terrestres et va nous permettre de comprendre quels éléments de la voie de TOR sont conservés chez les eucaryotes photosynthétiques.

Cette mousse, propice au ciblage génétique, est un outil puissant d'étude des voies de signalisations. P. patens est aussi l'objet d'un projet visant à établir comment des voies de signalisation de l'énergie peuvent être modulées pour améliorer la conversion de l'énergie lumineuse en lipides.

Nous développons des approches pharmacologiques, génétiques, de biologie cellulaire et protéomiques pour étudier la voie de TOR chez les plantes. L'approche pharmacologique consiste à utiliser chez les plantes des inhibiteurs ATP-compétitifs (appelés asTORis pour « active site TOR inhibitors »), qui ont été développés récemment pour cibler la protéine TOR humaine (Montané et Menand 2013, Fig 2.).


En utilisant ces nouveaux outils pharmacologiques, nous avons montré que TOR de plante régule la croissance en contrôlant le nombre de cellules en prolifération au sein du méristème (Fig. 3).

Nous utilisons actuellement des mutants en combinaison avec les asTORis afin d'identifier de nouveaux composants de la voie de TOR de plantes. Nous sommes aussi en train d'établir une cartographie des protéines phosphorylées de manière dépendante de TOR.

 
 
Principales cibles et fonctions connectées à la voie de TOR/S6K chez les mammifères et les plantes
Inhibition dose-dépendante de la croissance des plantes par AZD-8055, un inhibiteur du site actif de TOR. Des plantes d'Arabidopsis thaliana de 3 jours ont été transférées sur du milieu contenant l'inhibiteur puis ont poussé pendant 6 jours. Photos des plantes ayant poussé verticalement à la surface du milieu (partie supérieure) et de la partie aérienne (partie inférieure) sur AZD-8055.
Crédit : B. Menand/CNRS and M.-H. Montané/CEA
 
 
Un inhibiteur du site actif de TOR réduit la taille du méristème racinaire et de la zone de prolifération mais pas la durée de la phase G2 du cycle cellulaire. Photos de pointes racinaires en microscopie DIC avec la zone méristématique délimitée par les flèches. L'expression de la CYCB1;1::GUS (en bleu) marque les cellules en phase G2 du cycle cellulaire.
Crédit : B. Menand/CNRS and M.-H. Montané/CEA

​Principales publications dans HAL

  • Montané M-H and Menand B (2013) ATP-competitive mTOR kinase inhibitors delay plant growth by triggering early differentiation of meristematic cells but no developmental patterning change. Journal of Experimental Botany, 64 (14): 4361-4374.
  • Dobrenel T, Marchive C, Azzopardi M, Clément G, Moreau M, Sormani R, Robaglia C, Meyer C (2013) Sugar metabolism and the plant target of rapamycin kinase: a sweet operaTOR? Front Plant Sci. 4:93. doi: 10.3389/fpls.2013.00093.
  • Moreau M, Azzopardi M, Clement G, Dobrenel T, Marchive C, Renne C, Martin-Magniette Ml, Taconnat L, Renou JP, Robaglia C, Meyer C (2012) Mutations in the Arabidopsis Homolog of LST8/G beta L, a Partner of the Target of Rapamycin Kinase, Impair Plant Growth, Flowering, and Metabolic Adaptation to Long Days. Plant Cell 24(2): 463-481
  • Schepetilnikov M, Kobayashi K, Geldreich A, Caranta C, Robaglia C, Keller M, Ryabova LA. (2011). Viral factor TAV recruits TOR/S6K1 signalling to activate reinitiation after long ORF translation. EMBO Journal doi:10.1038/emboj.2011.39.