September 25, 2003

Une équipe du laboratoire de biochimie et physiologie moléculaire des plantes (CNRS, INRA, Agro-M, UM2 - Montpellier), en collaboration avec le laboratoire de physiologie cellulaire végétale (CNRS, CEA, Université Grenoble 1 - Grenoble), vient de faire une avancée majeure dans la compréhension de la réponse des plantes aux stress environnementaux. Ce travail a permis d'identifier un mécanisme moléculaire de régulation fine du transport de l'eau à travers les membranes cellulaires. Ce mécanisme est original tant dans le domaine de la biologie végétale qu'animale. Il permet de comprendre comment les racines des plantes diminuent leur capacité de transport d'eau en réponse à l'inondation du sol. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature du 25 septembre 2003.

Les plantes doivent faire face à de nombreux stress de l'environnement. Un des défis majeurs est le maintien de leur équilibre hydrique dans des situations physiologiques parfois extrêmes. L'inondation des sols en hiver dans les zones tempérées ou après irrigation provoque, au niveau des racines, une carence aiguë en oxygène ou anoxie. On sait depuis quelques années déjà que ce type de stress, tout comme la sécheresse ou la salinité des sols, affecte l'absorption d'eau par les racines.

L'équipe de chercheurs de Montpellier, dirigée par Christophe Maurel, s'intéresse aux mécanismes physiologiques et moléculaires qui sous-tendent ces processus. Elle étudie en particulier la fonction et la régulation des aquaporines, des protéines ubiquistes qui forment des canaux hydriques et facilitent la diffusion de l'eau à travers les membranes cellulaires. Alors que la fonction des aquaporines animales, dans la physiologie rénale par exemple, est maintenant bien établie, ces chercheurs ont obtenu récemment des preuves originales de la fonction des aquaporines végétales dans le transport racinaire d'eau. Ils ont montré en particulier que les aquaporines facilitent les flux radiaux d'eau, de la solution du sol jusque dans les vaisseaux conducteurs du xylème (1) situés au centre de la racine.

Au cours de leur travail, décrit dans Nature, les chercheurs ont découvert que le blocage complet du transport racinaire d'eau en condition d'anoxie est strictement lié à une acidification de l'intérieur des cellules. Cette acidification découle du déséquilibre métabolique engendré par l'anoxie, un phénomène précédemment décrit par les chercheurs grenoblois, sous la direction de Richard Bligny. Ici, et de manière très originale, cette acidification sert de signal pour provoquer directement la fermeture des aquaporines localisées sur la membrane des cellules. Cette propriété de régulation découle d'un caractère structural spécifique des aquaporines des plantes qui a pu être identifié. La mutation ponctuelle de ce caractère structural a permis en particulier de produire des aquaporines désormais insensibles à l'acidification intracellulaire.

Ces recherches ouvrent des pistes originales pour comprendre la régulation du transport membranaire d'eau chez tous les organismes vivants. En particulier, elles apportent de nouvelles connaissances pour essayer d'améliorer la tolérance des plantes à l'inondation des sols et, éventuellement, à d'autres contraintes de l'environnement. Des aquaporines dont la sensibilité à l'acidification intracellulaire a été modifiée fourniront à ce titre des outils moléculaires appréciables.

Notes :
1) Tissu végétal formé de cellules vivantes, de fibres et de vaisseaux, assurant la montée de la sève dans la plante

Références :
C. Tournaire-Roux , M. Sutka, H. Javot, E. Gout, P. Gerbeau, DT. Luu, R. Bligny, C. Maurel. Cytosolic pH regulates root water transport during anoxic stress through gating of aquaporins. Nature, 25 septembre 2003

Dans le même numéro de Nature, des chercheurs de l'université de Harvard, N. Michele Holbrook et Maciej A. Zwieniecki, commentent l'importance de ces travaux sur les mécanismes de tolérance des plantes aux inondations. Water Gate, news and views p.361.