AUTOADAPT — Role de l’AUTOphagie dans l’ADAPTation des plantes aux limitations en nitrate ou suphate dans leur environnement

Organismes statiques, les végétaux sont le plus souvent limités en minéraux. La possibilité de remobiliser l’azote organique des feuilles sénescentes, vers les organes en croissance où cet azote sera réutilisé, est un processus essentiel pour assurer leur productivité et leur adaptation à un environnement fluctuant. En situation de limitation en azote, la sénescence foliaire est accélérée et l’efficacité de remobilisation de l’azote est accrue. L’azote n’est pas le seul élément remobilisé, mais c’est le plus étudié. La protéolyse qui est une étape clef dans les processus de recyclages cellulaires est sans doute très importante pour la remobilisation des nutriments lors de la sénescence. Toutefois les processus sont encore mal connus. L’autophagie, qui est une forme de digestion cellulaire existant chez tous les eucaryotes, pourrait être un élément clef de la remobilisation des nutriement et dans l’adaptation des plantes à leur environnement. L’autophagie implique une machinerie spécifique basée sur l’expression des gènes ATG et sur la formation de vésicules à doubles membranes appelées autophagosomes. Le processus d’autophagie existe à un niveau basal dans toutes les cellules eucaryotes. Chez la levure et l’animal elle est impliquée dans la survie cellulaire en favorisant l’élimination des protéines oxydées, des organites abîmés et autres éléments toxiques. Parallèlement, l’autophagie permet le recyclage des composés cellulaires et la fourniture de nouveaux nutriments. La régulation fine du niveau d’autophagie est essentielle au maintien de l’homéostasie cellulaire. Chez tous les organismes, l’autophagie est induite par les carences en acides aminés ou en sucre. Chez les plantes l’existence de « vacuoles autophagiques » a été démontrée en microscopie électronique dans les années 70 par le travail pionnier de Francis Marty, professeur à l’Université de Bourgogne. Les évènements moléculaires sous-jacents à cette dynamique cellulaire sont cependant restés pendant longtemps inconnus. Depuis une dizaine d’années, 25 gènes AtATG orthologues de gènes de levure ont été identifiés, provoquant un regain d’intérêt pour cette fonction cellulaire. L’autophagie est vraisemblablement exprimée à un niveau basal dans toutes les cellules de plantes et elle pourrait comme chez l’animal assurer la longévité des cellules, l’élimination des déchets et le recyclage des nutriments. Son rôle dans le recyclage et la remobilisation de l’azote est suggéré par le fait que (i) plusieurs gènes d’autophagie sont surexprimés au cours de la sénescence foliaire et également en situation de carence azotée, (ii) les mutants d’autophagie ont un phénotype de sénescence foliaire précoce particulièrement en situation de limitation en azote et (iii) la formation d’autophagosomes (vacuoles d’autophagie à double membrane) est nécessaire pour diriger les « Rubisco Containing Bodies » (RBC) vers la vacuole centrale (iv) le marquage à l’azote 15N montre un déficit de remobilisation de l’azote dans les mutants. Le but de ce projet est d’étudier différents aspects du rôle physiologique de l’autophagie dans le recyclage et la gestion de l’azote et du souffre au niveau plante entière, au niveau de la feuille sénescente et au niveau de la grain, notamment en situation de limitation en azote ou en souffre. Ce projet inclut l’effet de l’autophagie sur les flux d’azote au niveau plante entière et en particulier vers le grain, l’étude du protéome et de ses altérations, l’étude des enzymes protéolytiques. A notre connaissance ces aspects n’ont jamais été abordés par les groupes s’intéressant à l’autophagie.