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Aquaporines et transport d'eau chez les plantes
(ACR)
- Mot(s) clé(s) :
Objet d'étude : aquaporine, arabidopsis, membrane, racine
Phénomène, processus et fonction : stress
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Objet d'étude : aquaporine, arabidopsis, membrane, racine
Phénomène, processus et fonction : stress
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- Description détaillée :
Le groupe Aquaporines développe des approches de physiologie moléculaire dans le but de comprendre Afficher la suite
Le groupe Aquaporines développe des approches de physiologie moléculaire dans le but de comprendre la fonction intégrée d'une famille de 35 gènes codant des aquaporines chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. Pour cela, nous combinons des approches moléculaires, physiologiques et génétiques pour suivre le transport d'eau, que ce soit au niveau de molécules d'aquaporines clonées, ou au niveau de membranes cellulaires natives, de cellules ou d'organes comme des racines excisées. Ces approches regroupent en particulier (i) le clonage moléculaire de gènes d'aquaporines et l'analyse structure/fonction de leurs produits après expression fonctionnelle en ovocyte de xénope (ii) la purification de vésicules membranaires et la mesure de leur perméabilité à l'eau et aux solutés par des approches spectrophotométriques (iii) la mesure in situ de la perméabilité hydrique de cellules entières à l'aide d'une micro-sonde de pression cellulaire (iv) l'isolement et la caractérisation physiologique de mutants inactivés par insertion d'un ADN-T d'Agrobacterium dans des gènes uniques d'aquaporine. L'expression des gènes d'aquaporines est suivie à l'aide de filtres de type macro-array ou en utilisant des plantes transformées par des gènes chimères comprenant un promoteur d'aquaporine fusionné à un gène rapporteur. La localisation sub-cellulaire des aquaporines est suivie à l'aide de protéines fusions contenant la Green Fluorescent Protein (GFP). Une caractérisation biochimique extensive des aquaporines est également développée, par des approches d'électrophorèse en deux dimensions et par spectrométrie de masse, afin de caractériser les modifications post-traductionnelles de ces protéines. Ces travaux sont développés dans l'UMR depuis fin 1999. Le groupe Aquaporines a tout d'abord bénéficié d'un soutien spécifique du CNRS, dans le cadre d'un contrat ATIPE de soutien aux jeunes équipes. Depuis septembre 2002, le groupe Aquaporines constitue une des équipes de recherche statutaires de l'UMR. Nos études pourront être la base d'améliorations génétiques des plantes cultivées par manipulation d'aquaporines spécifiques ou des mécanismes de régulation qui les touchent. L'enjeu est d'obtenir des plantes maintenant de bons niveaux de production et de qualité dans des conditions limitées d'approvisionnement en eau, en produits fertilisants ou dans des sols salins. Ainsi, le bénéfice d'études sur les aquaporines peut être à terme une préservation des ressources en eau et de la qualité des sols et d'un manière générale la mise au point de variétés permettant une production agricole soucieuse de l'environnement. Notre travail s'intègre dans une réseau de laboratoires français et allemands spécialistes du transport membranaire chez les plantes et financés dans le cadre des programmes GénoplanteII et Gabi-Génoplante. Au niveau européen, notre équipe est en relation avec de nombreux partenaires étudiant les relations plante-eau. Ces contacts ont été à l'origine de plusieurs demandes de financement auprès de la Commission Européenne.Nos programmes de recherche visent comprendre la fonction et la régulation des aquaporines de plantes et plus spécifiquement à identifier les points de contrôle des flux d'eau dans la racine des plantes. Ces points de contrôle permettent de moduler le transport d'eau en réponse à différents types de stress environnementaux et/ou nutritionels. Nos études nous ont permis de mettre en évidence plusieurs mécanismes originaux de régulation post-traductionnelle des aquaporines : il s'agit en particulier de la phosphorylation réversible des protéines mais aussi de nouveaux mécanismes biochimiques, reposant sur des modifications post-traductionnelles originales, qui sont en cours de caractérisation au laboratoire.
Par ailleurs, nous nous intéressons aux effets régulateurs sur les aquaporines du pH intracellulaire (cytosolique). La base structurale du blocage des aquaporines par les protons cytosolique a pu être élucidée, ce qui nous a permis, entre autres, de produire des aquaporines mutées insensibles au pH.
D'une manière plus intégrée, nous avons pu montrer que ce type de régulation peut rendre compte du blocage complet du transport racinaire d'eau en condition d'anoxie, un stress associé aux situations d'inondation des sols. Ce résultat représente une avancée majeure dans notre compréhension des réponses de la racine aux stress environnementaux.
La fonction intégrée des aquaporines dans la racine a également été appréhendée par une approche de génétique inverse : plusieurs mutants d'aquaporines ont été isolés et leur analyse biophysique a permis de révéler des altérations dans leur niveau de perméabilité hydrique cellulaire et dans l'activité de pompage osmotique de racine excisées. Ces résultats fournissent des informations originales sur le rôle des aquaporines dans l'absorption d'eau par la racine.
Le développement et la croissance des plantes terrestres sont fortement dépendants d'un apport satisfaisant en eau. A ce titre, les plantes ont développé des stratégies très élaborées pour maintenir leur statut hydrique dans des conditions environnementales parfois extrêmes. La découverte, chez de nombreux organismes dont les plantes, de protéines canal à eau ou aquaporines a permis une avancée significative dans notre compréhension des mécanismes moléculaires du transport transmembranaire d'eau et de sa régulation au niveau cellulaire.
Dans ce cadre, le groupe Aquaporines développe des approches de physiologie moléculaire afin de comprendre la fonction des aquaporines des plantes supérieures et d'une manière plus générale le rôle des membranes cellulaires dans le maintien du statut hydrique. Ces études sont menées sur la plante modèle Arabidopsis thaliana et se focalisent sur la fonction et la régulation dans la racine des 35 isoformes d'aquaporines présentes chez cette espèce.
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