IJPB-Paroi primaire

Comme système modèle pour l'étude du dépôt de la paroi au cours de l'élongation cellulaire, nous utilisons l'hypocotyle (la "tige" de la plantule) d'Arabidopsis cultivé à l'obscurité (Refrégier et al., 2004). Un crible phénotypique a permis d’isoler de nombreux mutants affectés au niveau de l’élongation cellulaire à l’obscurité. La microspectroscopie Infra-Rouge à Transformée de Fourier (Fourier Transform InfraRed, FT-IR) est une méthode que nous utilisons pour classer et caractériser au niveau cellulaire des variations de la composition et/ou de la structure de la paroi des mutants et des variants naturels d’Arabidopsis (Mouille et al., 2003 ; Mouille et al., 2006). La technique FT-IR est également utilisée pour étudier l’évolution de la composition de la paroi au cours de l’élongation cellulaire dans l’hypocotyle, la racine et, dans le cadre du projet européen FP6 « AGRONOMICS » (http://www.agron-omics.eu), les feuilles. Nous espérons ainsi identifier les modifications pariétales qui contribuent au contrôle de l’élongation cellulaire et la croissance des organes.

Cinq familles protéiques sont impliquées dans la synthèse de la cellulose qui est synthétisée au niveau de complexes hexamériques ou rosettes observées dans le plasmalemme des plantes terrestres et de certaines algues. Les gènes mutés codent respectivement trois sous-unités catalytiques de la cellulose synthase (CESA1, 3 et 6), qui font partie du complexe cellulose synthase, une endo-ß-1,4-glucanase membranaire (KORRIGAN1 ou KOR1) (Nicol et al., 1998), une nouvelle protéine membranaire de type II (KOBITO) (Pagant et al., 2002), une protéine à ancrage GPI (COBRA, Schindelman et al., 2001) et une protéine sécrétée similaire à des chitinases (POM1, Mouille et al., 2003). Par ailleurs, le clonage des loci ISOXABEN-RESISTANT1 et 2 a montré qu’un herbicide (l’isoxabène qui inhibe la synthèse de cellulose), a pour cible les sous-unités catalytiques CESA6 et CESA3 (Desprez et al., 2002).
Trois autres isoformes de CESA (CESA2, 5 et 9) sont codées par des gènes dupliqués plus récemment et sont proches de CESA6. Nous avons montré que ces CESA sont également nécessaires pour l’élongation cellulaire (Desprez et al., 2007). Nous étudions l’organisation de l’ensemble de ces sous-unités au sein des complexes cellulose synthase, leurs mécanismes de régulation et leurs spécificités fonctionnelles au cours du développement.
Nos travaux montrent que les CESA et la protéine KOR1 présentent des distributions intracellulaires complexes qui changent en fonction des conditions physiologiques et notamment lors de changement du taux de synthèse de cellulose. Le trafic régulé de ces protéines serait un moyen efficace de contrôler le niveau de synthèse de la cellulose (Robert et al., 2005 ; Johansen et al., 2006). A l’heure actuelle, le trafic de ces protéines est décortiqué grâce à des techniques d’imagerie et à l’aide de logiciels d’analyses d’images développés en collaboration avec l’équipe de Y. Maurin (P. Andrey et E. Biot de Jouy en Josas, http://amib.jouy.inra.fr).
L’orientation des microfibrilles de cellulose joue un rôle primordial dans les propriétés mécaniques de la paroi et la croissance anisotropique de la cellule. Nous avons récemment développé des outils permettant la visualisation des trajectoires des complexes cellulose synthase à la surface de cellules vivantes (Figure 1) Dans le cadre du projet Européen FP6, CASPIC, nous étudions avec une approche de biologie de systèmes le contrôle de l’orientation de ces trajectoires et donc des microfibrilles de cellulose dans la cellule (http://www.caspic.org/)
Outre l’élongation cellulaire et le rôle de la paroi dans son contrôle, notre groupe s’intéresse aussi au mécanisme et au rôle de l’adhésion cellulaire au cours du développement de la plante. Par la même approche de génétique classique présentée ci-dessus, nous avons identifié deux mutants présentant des défauts d’adhésion cellulaire (quasimodo 1 et 2) (Figure 2). L’étude de ces mutants nous a permis d’identifier deux fonctions indispensables à une adhésion « normale ». Ces deux enzymes, une glycosyltransférase et une méthyltransférase putative semblent impliquées dans la synthèse des Homogalacturonanes (HG), une fraction des pectines de la paroi des plantes (Bouton et al., 2002 ; Mouille et al., 2007). Dans le cadre du projet Européen FP6, WALLNET, nous utilisons une approche de génomique fonctionnelle pour l’identification d’autres glycosyl- et méthyl-transferases impliqués dans la synthèse de pectines. (http://www.uk.plbio.kvl.dk/plbio/wallnet)
La croissance des végétaux nécessite une coordination entre la synthèse de la paroi et le remodelage des polysaccharides. Cette coordination semble impliquer un rétro-signal de la paroi vers le cytoplasme grâce à des senseurs pariétaux (Pilling and Hofte, 2003). Nous avons récemment identifié un recepteur kinase, qui semble jouer un rôle comme senseur d’intégrité pariétal au cours de l’élongation cellulaire (Hématy et al. 2007).