Moduler l’activité autophagique permet de contrôler l’apparition de la sénescence foliaire et de stimuler le recyclage de l’azote

Chez les eucaryotes, l'autophagie est un facteur de longévité qui nettoie les cellules en contribuant à l’élimination des macromolécules devenues inutiles ou indésirables. Chez les végétaux, l’autophagie a un rôle essentiel dans le contrôle des flux d’azote qu’elle puise dans la dégradation des macromolécules des tissus foliaires, pour recycler l’azote et le diriger vers les graines pour assurer leur remplissage. Quel est le rôle de l'activité autophagique dans ces processus et peut-on la contrôler ?

Pour mieux comprendre le rôle de l'autophagie sur la plante entière Arabidopsis thaliana, l'impact sur différents phénotypes, comme le jaunissement des feuilles, la biomasse des plantes et la répartition de l'azote dans différents organes, a été évalué en considérant trois niveaux d'activité autophagique. Ces 3 niveaux d'autophagie ont été obtenus par la réunion de trois types de plantes pour lesquelles l’autophagie a été soit génétiquement totalement abolie (plante inhibée), soit augmentée artificiellement (plante stimulée, soit restée non modifiée et maintenue à un niveau physiologique originel (plante sauvage).

L'étude a confirmé l'effet bénéfique de l'autophagie dans la remobilisation de l'azote des feuilles vers les graines. Les plantes inhibées présentent une remobilisation très faible alors que les plantes dont l’activité autophagique est stimulée sont plus efficaces pour l'allocation de l'azote vers les graines que les plantes sauvages. En revanche, de façon inattendue, lorsque l'autophagie est inhibée ou stimulée, une sénescence précoce des feuilles est induite. Dans le premier cas cette précocité est attribuée à la suraccumulation des macromolécules indésirables n’ayant pas été suffisamment éliminées ; dans le deuxième cas la sénescence précoce serait due à un épuisement excessif des macromolécules foliaires servant au recyclage de l’azote. Ces résultats montrent l'existence d'une modulation de l’apparition des symptômes de sénescence en fonction des niveaux d'activité autophagique exprimés dans les tissus foliaires au cours du temps.

Le rôle des deux facteurs de transcription PIF4 et PIF5 dans le contrôle transcriptionnel positif des gènes de l’autophagie (ATG) a été mis en évidence. En absence de PIF4 et PIF5, les gènes d’autophagie étant moins exprimés, l’induction de l’activité autophagique par le vieillissement est amoindrie, ce qui se traduit par un retard de sénescence. C’est en sur-exprimant les gènes d’autophagie dans ces plantes mutées dans PIF4 et PIF5 qu’il est possible de restaurer l’activité autophagique et obtenir un niveau de sénescence identique à celui de la plante sauvage.

L'ensemble de ces travaux montrent que la suractivation ou l’inhibition de l’autophagie déclenche une sénescence foliaire précoce. Ceci explique qu’une plante sauvage régule finement son activité autophagique pour assurer sa longévité. Cette régulation fine est assurée par de nombreux acteurs dont les facteurs de transcription PIF4/PIF5, qui représentent un nouveau levier pour piloter l’efficience d’utilisation de l’azote.


Une recherche développée à l’Institut Jean-Pierre Bourgin - Sciences du Végétal en collaboration.