un groupe spécifique de cellules de l’extrémité de la racine réagit à une carence en manganèse —


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  • Chaque organisme vivant a besoin de l’élément manganèse comme nutriment essentiel. Chez les plantes, par exemple, il joue un rôle majeur dans la décomposition de l’eau en oxygène et en hydrogène lors de la photosynthèse. Une équipe de chercheurs allemands et chinois est la première à démontrer, en utilisant l’espèce modèle de l’arabette (Arabidopsis thaliana), comment les plantes ressentent une carence en manganèse et quels processus se déroulent ensuite dans la plante au niveau moléculaire. Les chercheurs ont montré qu’un groupe de cellules jusqu’ici non détecté dans la racine de la plante joue un rôle décisif. Les chercheurs espèrent que les résultats de leurs travaux conduiront à l’avenir à des méthodes pour rendre les plantes plus résistantes à la carence en manganèse, une condition qui se produit souvent dans les sols alcalins et calcaires.

    Le professeur Jörg Kudla de l’Institut de biologie végétale et de biotechnologie de l’Université de Münster (Allemagne) est l’un des principaux auteurs de l’étude et, comme il le dit, « de nombreuses études ont porté sur les protéines impliquées dans l’absorption et le transport du manganèse au sein d’une cellule. Mais la façon dont l’équilibre du manganèse est régulé au niveau de l’organisme est complètement inconnue. Le calcium étant impliqué comme substance messagère dans de nombreux autres processus de régulation de la plante, les chercheurs se sont demandé s’il jouait également un rôle dans la régulation de l’équilibre en manganèse.

    Une carence en manganèse déclenche des signaux de calcium oscillants

    L’équipe a identifié un groupe cellulaire spécial dans la racine de la plante et lui a donné le nom de « niche sensible au manganèse ». Contrairement à toutes les autres cellules racinaires, ces cellules présentent une réaction particulière en réponse à une carence en manganèse : la concentration en calcium dans les cellules augmente et diminue, plusieurs fois de suite, tant que dure la carence. Chaque oscillation dure environ 30 minutes. « Personne n’avait auparavant observé de telles oscillations multicellulaires dans la concentration de calcium qui s’accumulent grâce à l’apparition coordonnée de signaux de calcium dans les cellules individuelles des plantes », explique Kudla. Seules quelques centaines de cellules établissent conjointement le signal. Les cellules épidermiques – les cellules de la couche racinaire la plus externe – sont les premières à commencer à augmenter la concentration de calcium. Ensuite, les cellules situées plus à l’intérieur emboîtent progressivement le pas, avant que tout le processus ne s’inverse.

    Découverte d’une troisième « niche sensible » spécifique au stimulus

    Dans des travaux antérieurs, des chercheurs dirigés par Jörg Kudla avaient déjà découvert deux autres « niches sensibles » dans d’autres zones de la racine – une niche sensible au potassium et une niche sensible au sodium. Ici aussi, les racines ont réagi en produisant des signaux de calcium multicellulaires dans des groupes cellulaires spécifiques en réponse aux changements des concentrations d’ions dans l’environnement. Cependant, les chercheurs n’ont observé aucune oscillation, contrairement à la niche sensible au manganèse.

    Dans leur étude actuelle, les chercheurs ont découvert que les oscillations calciques déclenchées par une carence en manganèse activent deux enzymes spéciales – les protéines kinases dépendantes du calcium (CPK21 et CPK23) – et que ces deux enzymes, pour leur part, stimulent l’absorption de manganèse. « Au fur et à mesure que la kinase se libère du calcium, ceux-ci redeviennent inactifs. Notre hypothèse est que chaque oscillation recommence ce processus – jusqu’à ce que la plante ait atteint une absorption suffisante de manganèse », explique Kudla. Le transporteur de manganèse NRAMP1, responsable du transport du manganèse dans les cellules de la racine, fait partie du processus. Les protéines kinases CPK21 et CPK23 interagissent avec ce transporteur et régulent l’absorption du manganèse en phosphorylant un acide aminé spécifique (Thr498).

    Afin de démontrer l’occurrence des signaux calciques, les chercheurs ont utilisé la microscopie à haute résolution et, pour la première fois, des biocapteurs calciques moléculaires ultra-sensibles. Les biocapteurs visualisent généralement les changements de concentrations de substances bioactives telles que le calcium dans les cellules et les tissus. L’équipe a combiné ces études, impliquant « in vivo technologie des biocapteurs », avec des méthodes génétiques, biologiques cellulaires et biochimiques afin de clarifier les mécanismes moléculaires sous-jacents. En plus des chercheurs de Münster, des scientifiques du Collège des sciences de la vie, de l’Université Northwest A&F à Shaanxi et de l’Institut de recherche en biotechnologie de l’Académie chinoise des Sciences Agronomiques de Pékin (Chine) ainsi que de l’Université Martin Luther Halle-Wittenberg (Allemagne) ont également été impliqués.

    Source de l’histoire :

    Matériaux fourni par Université de Munster. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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