La signalisation moléculaire dans les plantes

Les organismes vivants possèdent un réseau très complexe de signalisation biochimique pour effectuer pratiquement toutes les fonctions de l'échelle cellulaire au niveau de l'organisme entier. Le NO joue un rôle dans la régulation des fonctions végétales, dont la résistance aux maladies, les échanges gazeux, la germination des semences et le développement des racines.

De nombreuses fonctions biologiques résultent des interactions du NO (ou plus généralement de la famille du monoxyde d'azote (NOx) avec les protéines. Des scientifiques financés par l'UE ont lancé le projet PRONITROARAB («NO-dependent protein translocation and S-nitrosylation of nuclear proteins in Arabidopsis thaliana») pour déterminer les cibles qui transmettent les effets avec une attention sur les protéines nucléaires.

Une des façons les plus importantes dont le NO régule les fonctions végétales est de s'attacher de façon covalente aux résidus de cystéine (S) d'autres molécules (S-nitrosylation). Dans un premier temps, l'équipe a utilisé des méthodes computationnelles (le logiciel GPS-SNO 1.0, un programme de prédiction du site de S-nitrosylation récemment mis au point) pour enquêter sur le protéome entier d'A. thaliana (soit 27 416 protéines). Les résultats étaient impressionnants.

Des protéines candidates de S-nitrosylation ont été découvertes dans tous les compartiments cellulaires (par exemple, la membrane, le chloroplaste, etc.) en grandes quantités. En se concentrant sur les candidats les plus probables (une probabilité statistique plus stricte), l'équipe a identifié au total 3 190 sites de S-nitrosylation sur un total de 3 005 protéines cibles, d'abord dans le chloroplaste, le compartiment intracellulaire et les plasmodesmes. Ils ont représenté 5 à 17 % du taux total en protéine par compartiment.

L'équipe s'est ensuite penchée sur la S-nitrosylation des protéines nucléaires in vivo. Afin de découvrir les protéines nucléaires S-nitrosylées qui sont liées à la réaction de défense de la plante, l'équipe a exposé A. thaliana à un pathogène. Cette petite plante à fleurs est un système modèle dans la biologie des plantes.

Les protéines ont par la suite été extraites du noyau et soumises à un test «biotin switch» (BS) pour les protéines nucléaires S-nitrosylées identifiées. Les extraits nucléaires exposés à un donneur NO ont été utilisés comme sujets de contrôle. Parmi les 195 candidats identifiés, 57 % (111) étaient des protéines nucléaires. Ces protéines servent une myriade de fonctions démontrant la portée considérable de la voie NO en termes de régulation.

Comprendre les mécanismes de régulation des plantes est important à plusieurs niveaux, de l'obtention de connaissances fondamentales aux applications liées à la croissance des cultures à la résistance des maladies, et pour déterminer les voies similaires dans d'autres systèmes. PRONITROARAB a offert de nouvelles connaissances au domaine de la régulation des plantes par la S-nitrosylation des protéines et ouvert la voie à de nombreuses expériences et une brillante carrière explorant ces phénomènes.