Avril 1999 - n°37

Le Laboratoire de Biochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes (URA 2133 CNRS-ENSA.M-INRA-UM2, Montpellier)

"La première identification moléculaire d'un canal ionique impliqué dans les relations entre racines et feuilles"

Les ions minéraux -prélevés dans le sol par les racines puis transportés par la sève dans les parties aériennes- sont nécessaires au développement et au contrôle de nombreuses fonctions cellulaires chez les plantes. Les transporteurs d'ions jouent donc un rôle majeur chez le végétal et pourtant, leur identité moléculaire reste largement méconnue et contrarie la progression des connaissances en matière de physiologie végétale. C'est dans ce domaine de l'identification moléculaire des systèmes de transport des ions dans la plante que l'équipe "Canaux ioniques" de l'URA 2133 travaille depuis plusieurs années. Après le clonage en 1992 du premier système d'absorption racinaire du potassium (le canal AKT 1), l'URA 2133 est à l'origine en 1998 du clonage du premier système responsable de la sécrétion du potassium dans la sève : le canal SKOR. Première identification moléculaire d'un système de transport impliqué dans les relations entre les racines et les feuilles, ces travaux ouvrent la voie aux études moléculaires des échanges entre les différents organes de la plante.

Arabidopsis thaliana, un modèle végétal au service de la biologie des plantes cultivées

Ces recherches sur l'identification moléculaire des canaux ont été menées sur Arabidopsis, une plante sans intérêt agronomique direct mais bien adaptée aux études de génétique moléculaire. Dans un premier temps, les chercheurs ont eu recours à l'expression hétérologue d'ADNc d'Arabidopsis dans des souches de levures mutantes dépourvues de système d'absorption de potassium. L'utilisation d'un milieu pauvre en potassium a permis la sélection des levures mutantes exprimant un gène d'absorption de potassium d'Arabidopsis . Par cette méthode de complémentarité fonctionnelle, l'équipe montpelliéraine a identifié le canal AKT1 exprimé dans la racine tandis que des chercheurs américains caractérisaient simultanément un autre transporteur localisé dans les feuilles (le canal KAT1). Par la suite, d'autres systèmes responsables de l'absorption du potassium ont été identifiés en utilisant ces deux premiers gènes séquencés comme sondes ADN pour la recherche dans des banques d'ADNc d'Arabidopsis. Tous ces canaux potassiques clonés permettent l'entrée du potassium dans le cellule AKT1, en particulier, est exprimé dans les tissus périphériques de la racines et participe donc à la première étape de nutrition potassique : le prélèvement dans le solution du sol. En revanche, la nature moléculaire des systèmes impliqués au coeur de la racine, dans la sécrétion du potassium dans la sève restait inconnue, jusqu'à la description, l'année dernière du canal SKOR. Celui-ci permet la sortie du potassium de la cellule, et, localisé dans les cellules bordant les vaisseaux conduisant la sève xylémique, est impliqué dans la sécrétion du potassium par la racine dans la sève qui alimente le reste de la plante. Ces découvertes des canaux AKT1 et SKOR ont permis à l'URA 2133 d'élaborer un schéma de la circulation du potassium dans la plante. (ci dessous schéma)

Contrôler la nutrition minérale des plantes d'intérêt agronomique

Sur le plan agronomique, ces recherches offrent comme perspective un meilleur contrôle de la nutrition minérale des plantes. La connaissance des gènes des transporteurs alimentant les parties aériennes des plantes permet d'envisager l'obtention de plantes présentant une meilleure réponse aux engrais afin de limiter la pollution et les coûts de production. Egalement, on peut espérer améliorer la qualité des produits récoltés en contrôlant la répartition des minéraux à l'intérieur de la plante. C'est dans ce but que les chercheurs de l'URA 2133 ont cloné le canal homologue de SKOR chez le maïs et chez la vigne dans la baie de raisin (en collaboration avec l'Institut des Produits de la Vigne de l'INRA Montpellier, contact à l'IVP : Charles Romieu, tél : 04 99 61 28 62, e-mail : romieu@ensam.inra.fr). Ces clonages ont été réalisés en préparant une sonde ADN à partir de la séquence du gène codant pour le canal SKOR chez Arabidopsis et en utilisant cette sonde pour la recherche de séquences complémentaires dans des banques d'ADNc de maïs et de vigne. Le clonage de ces différents gènes va permettre aux chercheurs de préciser les fonctionnalités et les relations structure-fonction de ces transporteurs par des techniques combinées d'électrophysiologie et de biologie moléculaire (expression dans des ovocytes de xénope, étude de plantes mutantes "knock-out" ...).

V. CROCHET