Sujets IJPB de Master 2

Deux sujets dans l'équipe

> Changement Climatique : un défi pour notre compréhension de la croissance des plantes

Responsable : Alexis Peaucelle, contact

Nous pourrions nous demander si nous avons suffisamment de connaissances sur la façon dont les cellules végétales croissent pour faire face au défi du changement climatique. En effet, l'analyse physiologique de la croissance des plantes a rarement pris en compte l'effet de la température. Le modèle de référence pour la croissance des plantes depuis les années 1940 propose qu'elles croissent en étendant la paroi pectocellulosique sous l'action de la pression de turgescence. Le contrôle de la vitesse et de la direction de la croissance dépendrait des caractéristiques mécaniques et rhéologiques de la paroi. Cependant, des modèles alternatifs ont été proposés au cours de la dernière décennie, donnant notamment à la paroi un rôle actif dans le processus. Il est temps d'explorer comment la température influence exactement la croissance des plantes. Le taux de croissance des plantes est très sensible à la température. Le taux de croissance peut doubler lorsque la température passe de 19,5 à 21 degrés pour l'hypocotyle croissant dans l'obscurité. Une explication classique lie le taux de croissance au métabolisme global des plantes. Cependant, la croissance différentielle des tissus suite à des stimuli thermiques (thermo-nastie), comme observée dans les pétales de fleurs (modèle de la tulipe), suggère que l'effet de la température sur la croissance est complexe et mérite une étude approfondie.
L'équipe est spécialiste de l'étude des événements physiologiques impliqués dans la croissance des plantes. Elle développe des outils pour disséquer toutes les étapes de la croissance et observer en temps réel les changements chimiques corrélés avec la croissance. Ils sont basés sur le modèle de la cellule semi-isolée : le poil racinaire. Ainsi, nous sommes en mesure de déterminer les effets directs et indirects d'un stimulus tel que la température sur la croissance. Dans ce projet de recherche, nous proposons d'étudier les événements de croissance sensibles à la température chez les plantes, en utilisant le modèle du poil racinaire d'Arabidopsis thaliana, ainsi que dans le contexte de la thermo-nastie dans les pétales de tulipe. Pour chaque effet, nous chercherons à établir s'il existe une corrélation entre le changement de température et les modifications physiologiques.


> Rôle du métabolisme des pectines dans l'assemblage et l'expansion de la paroi cellulaire des plantes

Responsables : Kalina Haas, contact & Herman Höfte, contact

Ce projet fait partie d'un programme du laboratoire hôte visant à utiliser les poils racinaires d'Arabidopsis pour comprendre le rôle du métabolisme des pectines dans le contrôle de l'expansion cellulaire. Les pectines sont des polymères multiblocs chargés abondants dans la paroi cellulaire des plantes, caractérisés par la présence d'acide D-galacturonique (D-GalA). L'homogalacturonane (HG) est un polymère linéaire de D-GalA lié en -1,4, qui est synthétisé sous une forme méthylestérifiée et déméthylestérifiée dans la paroi cellulaire par les pectines méthylestérases (PME). Ceci expose des charges négatives qui modifient considérablement les propriétés physicochimiques du polymère et de la paroi cellulaire. Notre équipe a observé que la déméthylestérification de la HG favorise l'expansion cellulaire et la croissance des organes dans un certain nombre de types de cellules et de contextes (1, 2). La manière dont cela affecte la croissance n'est pas exactement comprise. En théorie, ce changement peut conduire à une hydratation accrue de la paroi cellulaire, ce qui peut conduire à l'expansion directement ou indirectement en favorisant la mobilité des protéines de relâchement de la paroi. En outre, la déméthylestérification de l'HG peut favoriser la dégradation de l'HG puisque les enzymes de dégradation de l'HG d'origine végétale, les endo-polygalacturonases et les pectate lyases (PL) ont besoin de substrats déméthylestérifiés. Ceci pourrait en principe augmenter l'extensibilité de la paroi. Enfin, l'effet sur la croissance peut également être indirect, par exemple par la libération d'oligogalacturonides biologiquement actifs qui peuvent agir sur les processus de contrôle de la croissance cellulaire. L'équipe de l'hôte a également observé dans les poils de racine que l'HG déméthylestérifiée forme un réseau dans la paroi cellulaire en se liant à un complexe composé d'un peptide cationique (RALF22) et de la protéine de la paroi cellulaire Leucin Rich repeat eXtensin (LRX)1, qui favorise la condensation de la pectine. Dans un mutant de perte de fonction pour le peptide RALF22, aucun réseau LRX1-RALF22-pectine n'est formé, et les niveaux de pectine dans la paroi cellulaire sont fortement réduits. Ceci suggère une réduction de la synthèse et/ou un renouvellement accru des pectines qui échappent à l'incorporation dans le réseau LRX1-RALF22-pectine (3,4).
Le candidat étudiera le rôle des deux classes d'enzymes métabolisant la pectine de la paroi cellulaire dans la croissance des poils racinaires. Les mutants CrispR-Cas9 pour les PME et les PL spécifiques aux poils des racines seront analysés en détail pour les caractéristiques de croissance, la composition de la paroi cellulaire et la signalisation. En outre, l'activité biochimique des enzymes recombinantes sera analysée in vitro.

References
1. Haas, K.T., Wightman, R., Meyerowitz, E. M. and Peaucelle, A. Science (1979). 367, 1003–1007 (2020)
2. Haas, K.T., Wightman, R., Peaucelle, A. and Höfte, H. The Cell Surface, 100054 (2021)
3. Moussu, S. et al. Science 382, 719-725 (2023)
4. Schoenaers, S. et al., Nature Plants 10, 494-511 (2024)



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