Eau, signalisation et architecture hydraulique (Aqua)

Nom du responsable : Christophe Maurel
Directeur de Recherche CNRS
Tél : 04 99 61 20 11
Mail : christophe.maurel@cnrs.fr

 

Mots clés

Aquaporine, Hydraulique, Phosphorylation, Racine, Signalisation cellulaire, Stress hydrique, Transport d’eau

Présentation

L’équipe Aqua étudie les différents modes du transport de l’eau dans les tissus de plantes. L’objectif principal est de comprendre comment ces processus sont régulés par la disponibilité en eau, et liés à la croissance des plantes et à leurs réponses aux stress environnementaux. Soutenue par des financements nationaux (ANR) et européens (ERC), l’équipe combine des études sur la plante modèle Arabidopsis thaliana et sur le maïs.

Un premier volet concerne les processus de signalisation cellulaire. Les mécanismes précoces de la réponse des plantes à un stress hydrique sont explorés par des approches moléculaires (interactomique, protéomique) et de microscopie à haute-résolution. Un accent particulier est mis sur le rôle des nanodomaines membranaires, des espèces activées de l’oxygène et de la phosphorylation des protéines. Ces processus sont reliés à la régulation des aquaporines, des protéines canal qui facilitent le passage de l’eau au travers des membranes cellulaires.

Un deuxième volet concerne l’architecture hydraulique des racines. La génétique quantitative, le phénotypage racinaire et la modélisation mathématique sont combinés pour décrire la dynamique de la croissance et de l’hydraulique des racines. Le but est de comprendre comment celles-ci s’adaptent aux contraintes de l’environnement, et au stress hydrique en particulier, en intégrant des signalisations locales et systémiques.

Membres de l’équipe

Agents permanents

Christophe Maurel
Responsable
DR - CNRS

Yann Boursiac
CR - inrae

Enric Zelazny
CR - CNRS

Amandine Crabos
AI - inrae


Agents non permanents

Fabrice Bauget
CDD chercheur - CNRS

Louai Rishmawi
CDD chercheur - CNRS

Mattia Adamo
PostDoc

Morgan Maillard
CDD IE - inrae

Fanny Garcia
CDD TR - CNRS

Yunji HUANG
Doctorant(e) - SupAgro

Virginia Protto
Doctorant(e) - CNRS

Marija Smokvarska
Doctorant(e)

Lucille Gorgues
M2 - inrae

Résultats marquants

Au cours de ces dernières années, l’équipe a découvert de nouvelles fonctions et régulations des aquaporines de plantes. Des protéines interagissant physiquement avec les aquaporines de la racine et les régulant ont été identifiées (Bellati et al., 2016). Par ailleurs, un nouveau mécanisme post−traductionnel rendant compte des oscillations circadiennes de la conductivité hydraulique des feuilles a été décrit (Prado et al., 2019). Enfin, nous avons identifié un double rôle des aquaporines, hydraulique et signalétique, dans la réponse de fermeture des stomates à l’acide abscissique (ABA) (Grondin et al., 2015 ; Rodrigues et al., 2017). Ici, les aquaporines contribuent à la signalisation de cette hormone de stress en facilitant l’entrée de peroxide d’hydrogène dans la cellule de garde. Les espèces activées de l’oxygène sont également cruciales lors des réponses signalétiques précoces des cellules de racines à un stress osmotique (Martinière et al., 2019).  

Des approches de génétique quantitative ont révélé de nouveaux déterminants de l’hydraulique racinaire. En particulier, un gène codant une protéine kinase et contrôlant la perméabilité à l’eau des racines, sous l’influence conjointe des teneurs en oxygène et en potassium du sol permet d’identifier un nouveau mécanisme de réponse des plantes aux inondations (Shahzad et al., 2016). Par ailleurs, un facteur de transcription contrôle la différenciation des vaisseaux du xylème et assure un compromis de réponse au déficit hydrique et stress biotiques (Tang et al., 2018). Ces travaux révèlent une capacité unique des plantes à percevoir et à s’adapter à des contraintes multiples de l’environnement. Enfin, un rôle coordinateur de l’ABA dans la réponse de l’architecture hydraulique racinaire au déficit hydrique a récemment été établi (Rosales et al., 2019).

Publications significatives

Plus de 30 articles en 5 ans tels que….

Rosales MA, Maurel C, Nacry P✉ (2019) Abscisic acid coordinates dose-dependent developmental and hydraulic responses of roots to water deficit. Plant Physiol., 180(4):2198-2211

Martinière A*✉, Fiche J-B*, Smokvarska M, Mari S, Alcon C, Dumont X, Hematy K, Jaillais Y, Nollmann M, Maurel C (2019) Osmotic stress activates two reactive oxygen species pathways with distinct effects on protein nanodomains and diffusion. Plant Physiol., 179(4):1581-1593

Prado K, Cotelle V, Li G, Bellati J, Tang N, Tournaire-Roux C, Martinière A, Santoni V, Maurel C✉ (2019) Oscillating aquaporin phosphorylations and 14-3-3 proteins mediate the circadian regulation of leaf hydraulics. Plant Cell, 31(2):417-429

Tang N, Shahzad Z, Lonjon F, Loudet O, Vailleau F, Maurel C✉ (2018) Natural variation at XND1 impacts root hydraulics and trade-off for stress responses in Arabidopsis. Nat. Commun., 9:3884

Rodrigues O, Reshetnyak G, Grondin A, Saijo Y, Leonhardt N, Maurel C, Verdoucq L✉ (2017) Aquaporins facilitate hydrogen peroxide entry into guard cells to mediate ABA- and pathogen-triggered stomatal closure. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 114(34):9200-9205

Shahzad Z, Canut M, Tournaire-Roux C, Martinière A, Boursiac Y, Loudet O, Maurel C✉ (2016) A potassium-dependent oxygen sensing pathway regulates plant root hydraulics. Cell, 167(1):87-98.e14

Bellati J, Champeyroux C, Hem S, Rofidal V, Krouk G, Maurel C, Santoni V✉ (2016) Novel aquaporin regulatory mechanisms revealed by interactomics. Mol. Cell. Proteomics, 15(11):3473-3487

Grondin A, Rodrigues O, Verdoucq L, Merlot S, Leonhardt N, Maurel C✉ (2015) Aquaporins contribute to ABA-triggered stomatal closure through OST1-mediated phosphorylation. Plant Cell, 27(7):1945-1954

Maurel C✉, Boursiac Y, Luu D-T, Santoni V, Shahzad Z, Verdoucq L (2015) Aquaporins in plants. Physiol. Rev., 95(4):1321-1358

Prado K, Boursiac Y, Tournaire-Roux C, Monneuse J-M, Postaire O, Da Ines O, Schäffner AR, Hem S, Santoni V, Maurel C✉ (2013) Regulation of Arabidopsis leaf hydraulics involves light-dependent phosphorylation of aquaporins in veins. Plant Cell, 25(3):1029-1039

Péret B*, Li G*, Zhao J*, Band LR*, Voß U, Postaire O, Luu D-T, Da Ines O, Casimiro I, Lucas M, Wells DM, Lazzerini L, Nacry P, King JR, Jensen OE, Schäffner AR✉, Maurel C✉, Bennett MJ✉ (2012) Auxin regulates aquaporin function to facilitate lateral root emergence. Nat. Cell Biol., 14(10):991-998

Collaborations
Sources de financement

MIRGA « Architecture et croissance du système racinaire de maïs » (2016-2019).
Contrat ANR impliquant, outre l’équipe Aqua, le laboratoire d’Agroécologie (INRA Dijon) et la société Biogemma.

APLIM “Advanced Plant Life Imaging and Metrology” (2016-2019).
Ce contrat, financé par la fondation Agropolis, vise à l’application de technologies de résonance magnétique (RMN, IRM, nanosondes) à la biologie intégrative de la réponse des plantes aux contraintes abiotiques et biotiques. Il associe divers laboratoires montpelliérains spécialisés en sciences végétales, physique ou chimie.

HyArchi « Targeting Root Hydraulic Architecture to improve Crops under Drought »(2018-2023)
Ce projet ERC Advanced utilise une céréale modèle, le maïs, pour étudier comment l’architecture du système racinaire, ses propriétés hydrauliques et sa plasticité environnementale contribuent à l’absorption d’eau et à la résistance de la plante à la sécheresse.

TURGOMAP “Towards a mapping of turgor pressure in plant tissues “ (2018 – 2020)
Ce projet interdisciplinaire du CNRS associe plusieurs laboratoires de Montpellier, Lyon et Grenoble.

ABAqua “ABA-dependent control of plant hydraulics in plant acclimation to water deficit” (2019-2022)
Ce projet, financé par l’ANR et la DFG project implique, outre l’équipe Aqua, le laboratoire du Pr. Erwin Grill (Technische Universität München).

CellOsmo “ Nanodomaines membranaires: rôle dans la signalisation osmotique” (2020-2024)
Un financement sur projets de l’ANR dédié aux jeunes chercheurs.

Anciens membres

 

 

Guowei Li, Shandong Academy of Agricultural Sciences, Jinan, China : swzxliguowei@shandong.cn

Karine Prado, Carnegie Institution for Science, Stanford, USA : kprado@carnegiescience.edu

Alexandre Grondin, IRD, Montpellier :                            alexandre.grondin@ird.fr

Olivier Rodrigues, Texas A&M University, USA:            olivier-rodrigues@laposte.net

Zaigham Shahzad, University of Glasgow, UK :               Zaigham.Shahzad@glasgow.ac.uk

Jorge Bellati, Montpellier :                                                jbellati@gmail.com

Ning Tang, Wuhan University, China:                               tangningwww@163.com

Chloé Champeyroux, ETH, Zürich, Switzerland:             chloe.champeyroux@biol.ethz.ch

Monica Calvo, Montpellier :                                              mcalvopolanco@gmail.com

Miguel Rosales, IRNAS-CSIC, Sevilla, Spain:                   mrosales@irnas.csic.es

Chercheur post-doctoral (H/F) : Protéines HIR et nanodomaines membranaires chez Arabidopsis thaliana

CDD 24 mois : Chercheur post-doctoral (H/F) : Protéines HIR et nanodomaines membranaires chez Arabidopsis thaliana

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Le prix Georges Morel 2018 a été décerné à Christophe Maurel, directeur adjoint de BPMP et responsable de l’équipe Aquaporines. Ce prix biennal a été créé en 2013 et est destiné à récompenser l’auteur de recherches conduites dans un laboratoire français pour des travaux remarquables en biologie végétale.

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