Fiche de Presse Info. 06/07/2010

Le développement des plantes est guidé par des « détecteurs » de nitrate localisés dans leurs racines

Une équipe de chercheurs du laboratoire de Biochimie et physiologie moléculaire des plantes à l’INRA de Montpellier, en collaboration avec des équipes belge, tchèque et suédoise, vient de faire une avancée importante dans la compréhension de l’adaptation des plantes aux contraintes de l’environnement. Il s’agit de l’identification d’un mécanisme moléculaire permettant aux racines des végétaux de percevoir le nitrate dans le sol et de modifier en conséquence leur développement pour optimiser l’acquisition de ce nutriment majeur. L’originalité du mécanisme décrit par ces travaux, réside dans la double fonction du « détecteur » identifié, qui à la fois jauge le taux de nitrate disponible et contrôle le développement de la plante. Ces résultats ont été publiés dans la revue Developmental Cell du 15 juin 2010.

Pour assurer leur nutrition, les plantes prélèvent par leurs racines les ions minéraux (nitrate, potassium, phosphate, fer, etc.) présents dans le sol. Ce phénomène est rendu difficile car la disponibilité de ces ions est en général faible, mais surtout variable dans le temps et dans l’espace. Pour pallier ces contraintes, les racines croissent en permanence pour explorer de nouvelles zones du sol à la recherche de ces ions minéraux. Pourtant, cette croissance n’est pas aléatoire, mais au contraire finement guidée par des mécanismes moléculaires qui permettent aux racines de localiser les zones du sol riches en ions minéraux, et de s’y développer préférentiellement.

L’équipe de chercheurs de l’INRA de Montpellier a identifié un de ces mécanismes concernant un ion minéral majeur, le nitrate, qui constitue la principale source d’azote pour les plantes. Ce mécanisme fait intervenir une protéine particulière, NRT1.1, qui possède la caractéristique unique d’être à la fois un transporteur membranaire servant à faire entrer le nitrate dans les cellules racinaires, et un « détecteur » de nitrate permettant de stimuler la croissance des racines là où cet ion est présent. De manière très originale, NRT1.1 gouverne le développement des racines car il intervient également dans le transport d’une hormone végétale de croissance, l’auxine. Lorsque le nitrate est abondant dans le milieu, NRT1.1 oriente le transport d’auxine dans les tissus de telle manière que l’hormone s’accumule dans les racines (voir photo), ce qui a pour conséquence d’accélérer leur croissance.

Tous les êtres vivants possèdent des systèmes de régulation de leur physiologie ou de leur développement par des « détecteurs » de nutriments. Le mécanisme décrit ici est nouveau et original car il permet de comprendre comment l’un de ces « détecteurs» associe la perception d’un nutriment au contrôle hormonal du développement de la plante.
Ces recherches ouvrent des pistes pour améliorer l’utilisation des engrais en agriculture. Le nitrate est en effet un des constituants principaux de ces engrais, dont une partie non prélevée par les cultures entraîne une pollution des eaux souterraines et de surface. La découverte des mécanismes naturellement mis en œuvre par les plantes pour optimiser leur acquisition de nitrate est à ce titre importante. Elle pourrait aider à la sélection de variétés plus efficaces dans l’utilisation des engrais azotés, et donc de cultures plus respectueuses de l’environnement.

Jeunes racines latérales d’Arabettes sauvages (Arabidopsis thaliana), alimentées ou non avec du nitrate. En l’absence de nitrate dans le milieu, il n'y a pas d'auxine dans les racines. Lorsque le nitrate est ajouté, on observe une accumulation d'auxine (marquage bleu), permettant de faire pousser les racines spécifiquement là où il y a du nitrate dans le sol, et pas ailleurs.
 

Référence:
Nitrate-regulated auxin transport by NRT1.1 defines a mechanism for nutrient sensing in plants. Developmental Cell 18 : 927-937
Gabriel Krouk^1,5, Benoît Lacombe¹, Agnieszka Bielach², Francine Perrine-Walker¹, Katerina Malinska³, Emmanuelle Mounier¹, Klara Hoyerova³, Pascal Tillard¹, Sarah Leon¹, Karin Ljung⁴, Eva Zazimalova³, Eva Benkova³, Philippe Nacry¹ and Alain Gojon¹.
¹Biochimie et physiologie moléculaire des plantes, UMR 5004 CNRS/INRA/SupAgro-M/UM2, Institut de Biologie intégrative des plantes, Place Viala, 34060 Montpellier Cedex 1, France.
²Flanders Institute for Biotechnology, Department of plant systems biology, Ghent University, Technologiepark 927, 9052 Ghent, Belgium.
³Institute of experimental botany, Academy of sciences of the Czech Republic, Rozvojova 263, 16502 Prague 6, Czech Republic
⁴Umea Plant science center, Department of Forest genetics and plant physiology, Swedish university of agricultural sciences, SE-901 83 Umea, Sweden
⁵Present address: Department of Biology, New York University, 100 Washington Square East, New York, NY 10003, USA