Relation entre la teneur en ions dans l’apoplaste et l’architecture des pectines dans la tolérance au stress salin chez Arabidopsis et la pomme de terre (CHIPS)

L’évolution du changement climatique en Hauts-de-France a pour conséquence une augmentation de la salinisation des sols, limitant le rendement des espèces cultivées, comme celui de la pomme de terre (Solanum tuberosum). L’ion principalement mis en cause dans ces phénomènes de stress, est l’ion Na⁺. La paroi végétale est la première barrière physique entre le compartiment cellulaire et l’environnement. Cette paroi est constituée principalement de polysaccharides (cellulose, hémicelluloses et pectines). Les pectines sont des polysaccharides complexes, riches en résidus d’acide galacturonique (GalUA), qui peuvent être O-méthylés en position C6 et O-acétylés en position O2 et/ou O3 des résidus GalUA (Atmodjo et al., 2013). Leur degré de méthylation (DM) et d’acétylation (DAc) sont régulés par les pectine- méthylestérases (PME, EC 3.1.1.11) et -acétylestérases (PAE, EC EC 3.1.1.6), contrôlant ainsi leur structure. Des données montrent que les pectines sont impliquées dans la réponse au stress salin, mais le mécanisme reste élusif (Gigli-Bisceglia, et al., (2022).

L’environnement ionique dans la paroi, dont le pH, contribue à la régulation des propriétés pariétales. Lorsque les pectines sont déméthylestérifiées, des structures en « boîte à œufs » peuvent se former, grâce à la liaison entre les groupements carboxyles chargés négativement et des ions Ca²⁺ formant alors un gel. Cette gélification peut s’interrompre et les pectines peuvent devenir fluide si on enlève le calcium. Ceci peut aussi avoir lieu si on abaisse le pH. La croissance des cellules végétales résulte donc de l’expansion de la paroi qui est ainsi régulée par un pH acide. En réponse au stress salin, l’environnement salin de l’apoplaste change brutalement, résultant d’une accumulation de sels et des modifications de flux ioniques dans la paroi.

La capacité des plantes à tolérer la salinité requiert le transporteur SOS1 Na⁺/H⁺ de la voie Salt Overly Sensitive (SOS). Ce transporteur membranaire redirige l’excès d’ions Na⁺ vers l’apoplaste des cellules racinaires (Ji et al., 2010). Il joue un rôle déterminant dans le maintien de l’homéostasie Na⁺/K⁺ en faisant sortir l’excès d’ions Na⁺ depuis le milieu intracellulaire vers le milieu extracellulaire de la cellule végétale au niveau des racines. Son activité suggère un impact sur la teneur des ions H⁺ de la paroi et donc du pH de la paroi racinaire. Mais son rôle dans la régulation du pH apoplastique est inconnu.

Le projet de thèse CHIPS vise à comprendre comment l’environnement ionique pariétal régule la structure des pectines et donc l’intégrité pariétale au niveau racinaire lors d’un stress salin. L’étude sera d’abord menée chez Arabidopsis thaliana. Après avoir établi les conditions de cinétique (stress court, stress long) dans le cadre d’un stress salin modéré, le phénotypage racinaire des différents mutants d’Arabidopsis (PAE, PME et sos1) sera établi. Le statut minéral, les variations d’activité PME et PAE ainsi que l’abondance de ces protéines seront évalués. Les pectines ainsi que leur DM et DAc et leur contribution aux propriétés mécaniques de la paroi racinaire seront caractérisés. En parallèle, des données sur l’implication de ces marqueurs dans la tolérance au stress salin seront initiées chez la pomme de terre.

Ces résultats alimenteront le projet ANR SOSPECT en générant un modèle intégratif associant des activités de transport d’ions dans la paroi, aux propriétés des pectines pour la tolérance des plantes au sel.

Bibliographie

Atmodjo, M. A. et al., (2013). doi: 10.1146/annurev-arplant-042811-105534.

Gigli-Bisceglia, N., et al., (2022). doi.org/10.1242/dev.200363.

Ji, H., et al., (2010). doi:10.1093/mp/sst017.

L’équipe « Dynamique des Pectines - Pecteam» au sein de l’UMRT INRAE 1158 BioEcoAgro, équipe dirigée par le Pr Jérôme Pelloux.

La thématique de recherche de Pecteam concerne la compréhension des spécificités biochimiques et du rôle d’enzymes de remodelage des pectines, qui sont toutes codées par des familles multigéniques. En particulier, les recherches concernent :

         - La façon dont les enzymes contrôlent de manière fine, au niveau spatial et temporel, la structure des pectines et comment cela contribue à la modulation des propriétés mécaniques de la paroi végétale et à la régulation du développement.

          - La compréhension des spécificités biochimique et structurales de ces enzymes et leur régulation par des inhibiteurs spécifiques, protéiques ou chimiques.

         - La contribution de ces enzymes à la régulation de la structure de la paroi en réponse aux stress biotiques et abiotiques.

- Le/La candidat(e) possèdera des connaissances en biologie moléculaire (clonage, transformation de plantes), physiologie végétale et biochimie des parois. Des connaissances en imagerie seraient particulièrement appréciées. Le/la candidat(e) devra faire preuve de capacités d’adaptation (1 équipe d’accueil mais plusieurs déplacements sont prévus dans les autres équipes partenaires du projet ANR SOSPECT- ANR-24-CE20-0809-01), d’autonomie et de curiosité scientifique sur ce sujet pluridisciplinaire.

- Master en biologie des plantes ou biochimie