Une voie de signalisation récemment découverte protège les cellules souches des racines des plantes contre le stress salin

Une équipe de chercheurs, dont le professeur Jörg Kudla de l’Institut de biologie et de biotechnologie des plantes de l’Université de Münster, a découvert un mécanisme chez l’arabette (Arabidopsis thaliana) qui permet aux plantes de fournir une protection contre le stress salin pour leurs cellules souches sensibles dans le méristème à l’extrémité de la racine.

Une teneur élevée en sels sodiques dans le sol est un problème pour de nombreuses plantes : par conséquent, elles poussent moins bien, voire pas du tout. La salinisation des sols est considérée comme l’une des plus grandes menaces pour l’alimentation de la population mondiale car elle rend les sols de plus en plus infertiles, en particulier dans les régions sèches.

Une équipe de chercheurs chinois, allemands et espagnols, dont le professeur Jörg Kudla et son équipe de l’Université de Münster, a maintenant trouvé un mécanisme dans l’arabette (Arabidopsis thaliana) qui permet aux plantes de fournir une protection contre le stress salin pour leurs cellules souches sensibles dans le méristème à l’extrémité de la racine. Le méristème, qui garantit que la racine forme constamment de nouvelles cellules et peut ainsi se développer, est particulièrement sensible – contrairement aux cellules végétales entièrement formées, ses cellules n’ont pas de vacuole à l’intérieur où les substances nocives peuvent être éliminées.

La découverte que les plantes peuvent fournir une protection contre le stress salin toxique spécifiquement pour des groupes individuels de cellules a surpris les chercheurs. Bien que l’on sache déjà qu’il existe divers mécanismes chez les plantes qui leur permettent de faire face à des teneurs élevées en sel dans l’eau du sol – l’un est un transport actif du sel hors des cellules, un autre est l’imprégnation mécanique d’une couche cellulaire spécifique dans la racine — ce que l’on ignorait, c’est que les plantes protègent aussi spécifiquement les cellules souches de leurs racines.

“La voie de signalisation que nous avons découverte – qui combine des composants de voies de signalisation connues du stress salin avec des protéines de signalisation dans le but de contrôler le développement des racines – sert l’objectif supplémentaire de détoxifier spécifiquement la plante”, explique Jörg Kudla.

Le mécanisme comprend une enzyme spéciale – une kinase de type récepteur appelée GSO1 – qui transporte le sodium hors des cellules du méristème. À cette fin, GSO1 active la kinase SOS2 (SOS signifie “sel trop sensible”), et celle-ci active à son tour une protéine de transport (SOS1) qui pompe les ions sodium vers l’extérieur, via la membrane cellulaire, et, en retour, transporte les protons dans la cellule. En cas de stress salin, il y a une formation accrue de GSO1 en particulier dans les cellules du méristème.

De plus, l’équipe a démontré que GSO1 aide également à empêcher trop de sel de pénétrer dans le tissu vasculaire de la racine. Ce tissu vasculaire est situé à l’intérieur de la plante et transporte l’eau et les minéraux des racines vers les feuilles. Une barrière mécanique, la bande casparienne, est protégée des minéraux dissous dans l’eau du sol qui y pénètrent de façon incontrôlée. Les chercheurs ont également démontré qu’une teneur plus élevée en GSO1 dans les cellules formant la bande casparienne augmente en raison du stress salin.

“GSO1 est une kinase réceptrice bien connue en biologie du développement des plantes”, explique Jörg Kudla. “Il joue un rôle important à différentes étapes du développement d’une plante. Maintenant, pour la première fois, nous avons pu démontrer qu’il joue également un rôle dans la tolérance au sel et active la “pompe à élimination du sodium” via une voie de signalisation alternative qui n’est vraisemblablement pas dépendant du calcium.” Les signaux de calcium dans les cellules jouent un rôle clé dans d’autres réponses adaptatives connues des plantes au stress salin.

L’équipe a découvert l’importance de GSO1 en comparant de nombreux mutants de diverses kinases de type récepteur chez l’arabette. En étudiant les interactions protéiques, ils ont identifié les partenaires réactionnels de l’enzyme au sein des voies de signalisation pour la protection du méristème et la formation de la bande casparienne. Les méthodes utilisées dans les investigations ultérieures comprenaient la spectrométrie de masse et la microscopie à haute résolution. Les conclusions sont publiées dans Le journal de l’EMBO.