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Les gibbérellines mettent du fer dans les épinards!

L’équipe de Patrick Achard à l’Institut de biologie moléculaire des plantes, à Strasbourg, révèle qu’une distribution tissu-spécifique de la signalisation par les phytohormones gibbérellines (GAs) dans les racines, permet aux plantes d’adapter la croissance de la racine primaire et l’activité de la machinerie d’assimilation du fer aux variations du contenu en fer de la rhizosphère. Cette étude est publiée dans la revue Developmental Cell.

Le fer, microélément essentiel pour le bon fonctionnement des organismes vivants, est important pour la croissance des plantes et le rendement des cultures. Il est en effet essentiel pour divers processus au cœur du métabolisme cellulaire comme la photosynthèse ou la respiration. Les plantes constituent la principale source de fer dans notre alimentation. Selon les estimations de l’organisation mondiale de la santé, la carence en fer touche plus de 30% de la population mondiale (http://www.who.int/nutrition/topics/ida/en/). Ainsi, la compréhension des mécanismes d’assimilation et d’utilisation du fer par la plante présente un enjeu majeur, à la fois pour l’agriculture et pour la santé humaine.
Les plantes ont développé des stratégies variées pour assimiler le fer du sol, et les principaux acteurs moléculaires ont été identifiés chez différentes espèces. Par exemple, en réponse à une déficience en fer, les plantes activent un ensemble coordonné de réponses permettant de maximiser à la fois la mobilisation du fer des réserves intracellulaires, et l'absorption du fer contenu dans le sol. Cependant, les mécanismes moléculaires contrôlant l’homéostasie du fer restent méconnus.
L’équipe de Patrick Achard, et leurs collaborateurs de l’Institut de Biologie Intégrative de la Cellule à Gif sur Yvette et de l’Instituto de Biologıa Molecular y Celular de Plantas à Valence (Espagne), mettent en lumière l’importance des phytohormones gibbérellines (GAs) pour l’acquisition du fer par les racines. Les GAs sont des hormones de croissance qui contrôlent divers processus du développement, tels que la germination de la graine, la floraison ou la hauteur des plantes, en réponse aux contraintes environnementales que les plantes subissent. Les GAs stimulent la croissance en contrecarrant l’action des protéines DELLAs, une famille de répresseurs nucléaires qui contrôlent l’expression d’un grand nombre de gènes impliqués dans diverses voies métaboliques. L’étude réalisée chez la plante modèle Arabidopsis thaliana montre qu’en réponse à une déficience en fer, les protéines DELLAs se répartissent de manière asymétrique dans les racines : elles s’accumulent dans le méristème racinaire, limitant ainsi la croissance de la racine, alors qu’elles sont progressivement exclues des cellules de l’épiderme de la zone de différenciation de la racine. Cette exclusion des protéines DELLAs du site d’acquisition du fer, active l’expression des gènes codant la machinerie d’assimilation du fer par les racines, et ainsi, stimule l’absorption de fer. Cette double action permet à la plante de mieux s’adapter aux fluctuations du contenu en fer dans l’environnement.

La manipulation de ces régulateurs serait un moyen efficace de produire de nouvelles variétés de plantes plus tolérantes à la déficience en fer ou avec une teneur en fer plus élevée.

Figure : L’expression d’une protéine DELLA mutée, non dégradable par les GAs, dans les cellules épidermiques de la racine-siège de l’absorption du fer, induit un phénotype chlorotique (plante transgénique à droite) par rapport à une plante sauvage (à gauche). La protéine DELLA affecte l’expression de la machinerie d’assimilation du fer. Cette plante transgénique ne peut absorber efficacement le fer du sol et en conséquence montre une chlorose caractéristique des plantes carencées en fer.

© Michael Wild. IBMP

Références :

  • Tissue-specific regulation of gibberellin signaling fine-tunes Arabidopsis iron-deficiency responses.
    Michael Wild, Jean-Michel Davière, Thomas Regnault, Lali Sakvarelidze-Achard, Esther Carrera, Isabel Lopez Diaz, Anne Cayrel, Guillaume Dubeaux, Grégory Vert, and Patrick Achard.
    Developmental Cell 37 (2), 190–200. April 18, 2016.

Contacts :

  • Patrick Achard

    Institut de Biologie Moléculaire des Plantes
    CNRS UPR 2357
    12 Rue Général Zimmer,

    67084, Strasbourg cedex

    Tel: 03 67 15 52 99