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Découverte d'un mécanisme de contrôle du développement par un senseur de nitrate chez les plantes - Projet financé par Agropolis Fondation lors du premier appel à propositions en 2007.

Une équipe du Laboratoire de Biochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes à Montpellier (CNRS, INRA, SupAgro, UM2 - UMR5004), en collaboration avec des équipes belge, tchèque et suédoise, vient de faire une avancée importante dans la compréhension de l'adaptation des plantes aux contraintes de l'environnement. Il s'agit de l'identification d'un mécanisme moléculaire permettant aux racines des végétaux de percevoir le nitrate dans le sol et de modifier leur développement pour optimiser l'acquisition de ce nutriment majeur. Ces résultats sont publiés dans la revue Developmental Cell du 15 juin 2010 (1).

Pour assurer leur nutrition, les plantes prélèvent par leurs racines les ions minéraux présents dans le sol. Ce phénomène est rendu difficile parce que la disponibilité de ces ions est en général faible, et variable dans le temps et dans l'espace. Pour pallier ces contraintes, les racines croissent en permanence pour explorer de nouvelles zones du sol à la recherche des minéraux. On sait maintenant que cette croissance n'est pas anarchique, mais au contraire finement guidée par des mécanismes moléculaires qui permettent aux racines de localiser les zones du sol riches en minéraux, et de s'y développer préférentiellement.

L'équipe de chercheurs de Montpellier a identifié un de ces mécanismes concernant un ion minéral majeur, le nitrate, qui constitue la principale source d'azote pour les plantes. Ce mécanisme fait intervenir une protéine particulière (NRT1.1), qui possède la caractéristique unique d'être à la fois un transporteur membranaire servant à faire entrer le nitrate dans les cellules racinaires, et un «senseur» de nitrate permettant de stimuler la croissance des racines là où cet ion est présent. De manière très originale, NRT1.1 gouverne le développement racinaire car il intervient également dans le transport d'une hormone végétale de croissance, l'auxine. Lorsque le nitrate est abondant dans le milieu, sa perception par NRT1.1 ré-oriente le transport d'auxine dans les tissus pour favoriser l'accumulation de l'hormone dans les racines, et ainsi accélérer leur croissance.

Tous les êtres vivants possèdent des systèmes de régulation de leur physiologie ou de leur développement par des «senseurs» de nutriments. Le mécanisme décrit ici est nouveau et original car il permet de comprendre comment l'un de ces «senseurs» associe la perception d'un nutriment au contrôle hormonal du développement.

Ces recherches ouvrent des pistes pour améliorer l'utilisation des engrais en agriculture. Le nitrate est en effet un des constituants principaux de ces engrais, dont une partie non prélevée par les cultures entraîne une pollution des eaux souterraines et de surface. La découverte des mécanismes naturellement mis en œuvre par les plantes pour optimiser leur acquisition de nitrate est à ce titre importante. Elle peut aider à la sélection de variétés plus efficaces dans l'utilisation des engrais azotés, et donc de cultures plus respectueuses de l'environnement.

(1) Krouk et al. (2010) Nitrate-regulated auxin transport by NRT1.1 defines a mechanism for nutrient sensing in plants. Dev. Cell 18: 927-937.