Les plantes adaptent leur croissance à la pesanteur. Elles y parviennent grâce à une habile répartition de l’auxine, une hormone végétale, et avec l’aide de certaines protéines de transport. Le Dr Markus Geisler de l’Institut de biologie végétale de l’Université de Fribourg a pu démontrer comment une de ces protéines, le transporteur ABCB, est régulée. Ces transporteurs ABCB apparaissant également dans les cellules cancéreuses humaines, ces résultats de recherche ont une portée particulièrement large.

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Avez-vous déjà observé ce qui se passe avec les racines d’un arbre déraciné durant une tempête ? En continuant à pousser, les racines, qui flottent à l’horizontale dans l’air, se courbent vers le bas, afin de poursuivre leur croissance au sol. Pour mettre à profit son changement de position et pouvoir y réagir, la plante utilise l’auxine, une hormone végétale dont la répartition dans la plante est contrôlée par différentes protéines de transport. Le groupe de recherche du Dr Markus Geisler, de l’Institut de biologie végétale de l’Université de Fribourg, a pu prouver comment l’une de ces protéines, le transporteur ABCB, est, à son tour, régulée par d’autres protéines. Les résultats de cette recherche viennent d’être publiés dans le EMBO Journal (European Molecular Biology Organizationi), une revue spécialisée du groupe Nature.

Gravitation et croissance des racines

Mais comment la plante remarque-t-elle qu’elle est à l’horizontale? Les scientifiques supposent que les plantes peuvent « sentir » la pesanteur à l’aide d’amyloplastes (plastes spécialisés dans le stockage d’amidon). Lorsque la position de la plante change dans l’espace, celle de l’amyloplaste dans la cellule change en conséquence. On suppose que le mouvement de l’amyloplaste, par un mécanisme encore inconnu, influence les protéines qui assurent le transport de l’auxine d’une cellule végétale à une autre. Ces protéines de transport diffusent alors l’auxine de manière à ce qu’elle s’accumule davantage dans la moitié de la racine orientée vers le sol. L’auxine freine l’allongement des cellules des racines, de manière à ce que la partie supérieure de la racine grandisse plus fortement que la moitié inférieure. Ainsi, les racines se recourbent vers le bas et trouvent à nouveau le chemin du sol. Cette réaction gravitropique est affaiblie chez les mutants ne disposant pas de transporteur ABCB. On pense donc que les transporteurs ABCB appartiennent aux protéines, qui diffusent l’auxine de manière à ce que les racines poussent vers le bas. En effet, afin que l’auxine s’accumule au bon moment au bon endroit, les transporteurs ABCB doivent être enclenchés ou déclenchés de manière précise. La question qui se pose alors est la manière dont la plante régule l’activité des transporteurs ABCB. 

Réaction gravitropique: Une réorientation de la racine par rapport au champ de pesanteur terrestre occasionne une répartition asymétrique du courant d’auxine (fluorescence verte) par la régulation des transporteurs d’auxine. La concentration accrue d’auxine dans la moitié inférieure de la racine conduit à sa courbure vers le sol.

L’énigme des transporteurs ABCB résolue

Même si, à l’heure actuelle, toutes les étapes qui conduisent de la perception de la pesanteur, par le biais du changement de position de l’amyloplaste, à la régulation du transport de l’auxine ne sont pas complètement connues, on sait qu’une protéine nommée PINOID y participe. Longtemps, l’effet de la protéine PINOID sur le transport d’auxine est resté obscur. Quelques expériences ont montré que les PINOID freinent le transport d’auxine, alors que d’autres ont permis de conclure qu’il le stimule. Comme le montre aujourd’hui l’étude du Dr Geisler, c’est une troisième protéine, du nom de TWISTED DWARF1, qui est la clé de l’énigme : TWISTED DWARF1 a la capacité d’interagir avec les transporteur ABCB et, donc, d’influencer leur activité. Le Dr Geisler a pu prouver que la protéine PINOID provoque une modification chimique dans les transporteurs ABCB : la phosphorylation. Lorsqu’une protéine TWISTED DWARF1 se « colle » à un transporteur ABCB, la phosphorylation entraîne son inactivation. Cette découverte est d’une importance toute particulière, car les transporteurs ABCB interviennent également dans les cellules cancéreuses ; ils sont responsables de ce qu’on appelle la multi-drug-resistance, qui rend les cellules cancéreuses insensibles à la chimiothérapie. 

Modèle de régulation d’auxine: La molécule PINOID provoque un modification chimique du transporteur d’auxine ABCB. En présence de la protéine TWISTED DWARF1, cette phosphorylation a un effet retardateur sur le transport d’auxine transmetteur d’ABCB (-), en l’absence de TWISTED DWARF1, l’effet est activateur.

Lien vers la publication: Regulation of ABCB1/PGP1-catalysed auxin transport by linker phosphorylation

Contact: Dr Markus Geisler, Institut de biologie végétale, 026 300 88 27, markus.geisler@unifr.ch