Changement climatique et signalisation redox

Équipe CCARS / Graham Noctor

Objectif clé : Démêler la complexité des interactions redox dans le contrôle des réactions des plantes face aux stress au niveau du métabolisme et de l'expression des gènes.

Signalisation redox et changement climatique

Ces dernières années, on a assisté à une explosion d'intérêt pour les espèces réactives de l'oxygène (ROS) et les processus redox connexes en tant que régulateurs de nombreux processus chez les végétaux. Les facteurs antioxydants et redox jouent des rôles majeurs dans la modulation du fonctionnement des plantes en réponse aux changements induits par l'environnement : ils sont donc des cibles clés pour évaluer comment les plantes seront affectées par les changements climatiques actuels et futurs.

L'équipe se concentre notamment sur la fonction de la voie ascorbate-glutathion dépendante du NADPH dans le métabolisme du H₂O₂ et la signalisation associée. Nous avons apporté de nouvelles informations sur la fonction d'enzymes spécifiques impliquées dans cette voie et avons publié un modèle intégré capable d'analyser quantitativement cette voie dans le réseau cellulaire intégré.

Nous avons également révélé que les réponses liées à la pathogenèse sont fortement activées chez des plantes cultivées en fort CO₂, et que ces effets dépendent de facteurs redox. Les observations soulèvent des questions sur les interactions entre les voies métaboliques primaires, l'oxydoréduction et la résistance au stress biotique dans le contexte de l'augmentation continue du CO2 atmosphérique. Ces questions seront analysées dans le cadre du projet français de l'ANR "HIPATH" (2018-2022), qui implique quatre équipes de l’IPS2 et est coordonné par l'équipe du CCARS.

Un autre sujet spécifique de l'équipe vise à comprendre les fonctions liées aux thiorédoxines (TRX). Ces protéines thiol-disulfure sont des acteurs clés de l'état d’oxydoréduction des plantes, modulant l'activité de leurs enzymes cibles ou fournissant un pouvoir réducteur aux systèmes antioxydants, en réponse aux signaux environnementaux. Les TRXs végétales correspondent à une famille multigénique et se trouvent dans la plupart des compartiments subcellulaires. Les isoformes des chloroplastes peuvent avoir des fonctions spécifiques dans le métabolisme primaire carboné (régulation du cycle de Calvin-Benson, biosynthèse chlorophyllienne, métabolisme de l'amidon,...) et des découvertes récentes ont étendu leur rôle à des fonctions sans rapport avec la photosynthèse. Chez Arabidopsis, nous avons récemment montré de nouveaux rôles pour les Trxs y, une sous-classe de TRXs plastidiales, dans la physiologie des graines en relation avec la signalisation hormonale, et dans les feuilles en relation avec la régulation de la monodehydroascorbate réductase dans le contexte de la tolérance à la sécheresse. Les projets en cours dans l’équipe portent sur l'importance des protéines redox dans la tolérance au stress chaud en relation avec les brassinostéroïdes (une classe de phytohormones) dans la plante modèle Arabidopsis et comme marqueurs moléculaires chez le blé.

Interaction entre le métabolisme et l'épigénétique dans l'adaptation des plantes au changement climatique

Les modifications de la chromatine nécessitent des métabolites primaires comme substrats ou cofacteurs. On ne sait pas encore très bien comment l'épigénétique et le métabolisme sont coordonnés chez les plantes dans des conditions de croissance variables.  Nous avons récemment proposé des modèles d'interaction entre l'épigénétique et le métabolisme pour réguler la croissance des plantes et leur adaptation aux variations environnementales dans deux articles de perspectives. Nous avons concentré nos recherches sur la fonction des enzymes d'acétylation et de méthylation des histones dans la régulation épigénétique de l'expression génétique en réponse aux variations métaboliques dans des conditions de croissance changeantes. En particulier, nous nous intéressons à la régulation des modificateurs de la chromatine par les états redox cellulaires et les niveaux énergétiques dans les plantes.