Découverte du rôle clé d’une protéine dans le métabolisme des plantes

L’azote est un élément essentiel pour la croissance des plantes et donc la production agricole. Comprendre comment les plantes assimilent l’azote est essentiel pour développer une agriculture durable utilisant moins d’engrais. L'équipe "Signalisation, Transport et Utilisation de l'Azote" NUTS en collaboration avec des équipes de l’ENS de Lyon, de l’Université de Poitiers, du Max Planck Institute, de l’Université Paris-Saclay et de l’Université Paris Cité, avec la participation du CNRS¹, ont découvert le rôle majeur d’une protéine dans le métabolisme d’assimilation de l’azote. Appelée NLP2, elle régule à la fois l’assimilation de l’azote et le métabolisme du carbone qui assure l’apport d’énergie de la plante. Leurs résultats, publiés dans The Plant Cell, ouvrent la voie pour développer des variétés de plantes plus efficaces pour utiliser l’azote du sol et diminuer ainsi l’utilisation d’engrais en agriculture.  

Bien que l’azote soit le composant principal de l’air (78 % de notre atmosphère), la plupart des plantes ne peuvent pas l’utiliser sous cette forme et doivent donc le prélever dans le sol. Dans nos régions, c’est principalement sous forme de nitrate que les plantes absorbent l’azote. Afin d’améliorer la production des cultures des engrais azotés sont utilisés, mais ils peuvent être facteurs de pollution. Comprendre le métabolisme des plantes, et plus particulièrement les mécanismes moléculaires contrôlant la perception du nitrate et les voies de signalisation qui en découlent, est essentiel pour comprendre comment les plantes assimilent l’azote efficacement et contribuer au développement d’une agriculture plus durable utilisant moins d’engrais. Une famille de protéines baptisée NIN-LIKE PROTEIN (NLP)², comprenant neuf membres chez la plante modèle étudiée Arabidopsis thaliana, a déjà été identifiée comme affectant l’expression des gènes des plantes en présence de nitrates. Parmi elles, NLP7 a été la première et la plus étudiée, mais le rôle des autres membres de cette famille et leurs interactions avec NLP7 restaient à élucider.  

Plantes d'Arabidopsis thaliana cultivées en condition d'azote non limitante à gauche et limitante à droite (modèle bleu et rouge de molécules de nitrate)


Les scientifiques ont découvert que la protéine NLP2 a un rôle essentiel car elle régule à la fois l’assimilation de l’azote des plantes mais aussi le métabolisme du carbone qui assure la production d’énergie indispensable au fonctionnement et au développement des plantes. Leurs résultats montrent que NLP2 joue un rôle spécifique et complémentaire à NLP7. Ces deux protéines se situent tout en haut d’une cascade de régulation du métabolisme des plantes. Elles créent un pont entre l’assimilation du nitrate et le métabolisme du carbone, permettant ainsi une utilisation efficace de l’azote et la croissance des plantes. Cette découverte permet d’établir un nouveau modèle de régulation avec la protéine NLP2 comme actrice centrale de l’assimilation de l’azote et des voies métaboliques associées, assurant ainsi l’approvisionnement en énergie en réponse à la disponibilité en nitrate dans le sol.  

Cette découverte éclaire de façon nouvelle le métabolisme des plantes et leur efficacité à absorber l’azote. Elle ouvre la voie à la sélection de variétés de plantes assimilant mieux l’azote.

¹ Ont participé à ces résultats l’Institut Jean-Pierre Bourgin (INRAE/AgroParisTech/Université Paris-Saclay), le laboratoire Ecologie et biologie des interactions (CNRS/Université de Poitiers), le laboratoire Reproduction et développement des plantes (ENS Lyon/INRAE/CNRS) et l’Institut des sciences des plantes de Paris Saclay (Université Paris-Saclay/CNRS/INRAE/Université Paris Cité).

² Le nombre de protéines faisant partie de la famille des NLP varie selon la plante par exemple le riz ou la tomate ont 6 protéines NLP alors que le blé en compte 18.