Proposition de thèse co-financée par l’INRA et La région Occitanie (financement acquis)

Rôle des canaux potassiques sortants de type Shaker dans le contrôle de l’acidité du raisin en relation avec le changement climatique.

 

KaliPHruit

Nom de la responsable: Isabelle Gaillard
Directeur de Recherche INRA
Tél : 04 99 61 24 94
Mail : isabelle.gaillard@inra.fr

 

Mots Clés

systèmes de transport membranaire, régulateurs moléculaires, potassium, proton, sondes génétiques à pH, changement climatique, acidité et qualité du fruit, baie de raisin, Arabidopsis, vigne

Présentation

L’objectif général de notre équipe est d’identifier et caractériser les acteurs moléculaires et en priorité les systèmes de transports membranaires impliqués dans le contrôle de l’acidité des fruits au cours de leur maturation. Chez la vigne, l’acidité du raisin est un critère déterminant la qualité de la baie et donc du vin. L’ion K+ en tant que contre-ion majoritaire, permet la neutralisation de l’acide tartrique, un des acides majoritaires du raisin, et participe de ce fait au contrôle de l’équilibre acido-basique de la pulpe. Or, en relation avec le changement climatique, une augmentation régulière de la teneur en K+ et du pH de la pulpe est observée depuis une vingtaine d’année. Ce phénomène altère fortement la qualité du raisin et conduit à des vins possédant de faibles qualités organoleptiques et peu de potentiel de vieillissement. L’équipe travaille simultanément sur deux espèces : la plante modèle Arabidopsis thaliana et la vigne. Notre équipe développe une stratégie de biologie translationnelle car nous avons montré que les mécanismes moléculaires impliqués dans le contrôle et la régulation du transport du K+ sont fortement conservés entre la vigne et Arabidopsis. L’équipe travaille essentiellement sur les mécanismes d’échange H+/K+ au niveau de la membrane plasmique et du tonoplaste des cellules. Nous nous intéressons tout particulièrement à l’incidence des stress abiotiques (températures et stress hydriques) sur ces mécanismes. Chez la vigne, l’équipe a caractérisé sur le plan fonctionnel et moléculaire des canaux K+ homotétramériques de type Shaker et a montré que leur activité est régulée par le pH. Nous avons mis au point des sondes ratiométriques fluorescentes permettant une mesure de pH à quelques nanomètres de la membrane plasmique. Les projets actuels de l’équipe sont:

  • De poursuivre la caractérisation fonctionnelle et moléculaire des différents systèmes de transport exprimés dans la baie de raisin à la membrane plasmique (canaux potassiques de type Shaker) ou au tonoplaste (canaux TPK (two pore K+ channels) et transporteurs CPA (cation proton antiporteurs))
  • D’analyser l’impact du changement climatique sur l’accumulation du K+ dans la baie de raisin en relation avec son acidité
  • De comprendre le rôle du système vacuolaire (remodelage, activité d’échange H+/K+) dans cette réponse adaptative, notamment par le développement de sondes ratiométriques fluorescentes permettant une mesure de pH au voisinage du tonoplaste.
  • D’étudier les mécanismes de régulation de l’activité des différents systèmes de transport par la recherche de partenaires (kinases, phosphatases, ou autres), en relation avec les stress et les régulations hormonales.
  • D’analyser les rôles des canaux et transporteurs de K+ ainsi que de celui des protéines régulatrices dans le contrôle et le maintien de l’acidité du raisin au sein de populations de vigne contrastées pour l’acidité.
MEMBRES DE L'EQUIPE

Agents permanents

Isabelle Gaillard
Responsable
DR - INRA

Nadine Paris
CR - CNRS


Agents non permanents

Houssein Monder
Doctorant(e) - INRA

Hortense Moreau
Doctorant(e) - INRA

 

Résultats marquants
Publications significatives

Villette J, Cuéllar T, Zimmermann SD, Verdeil J-L, Gaillard I (2019) Unique features of the grapevine VvK5.1 channel support novel functions for outward K+ channels in plants. J. Exp. Bot., (accepted)

Nieves-Cordones M, Andrianteranagna M, Cuéllar T, Chérel I, Gibrat R, Boeglin M, Moreau B, Paris N, Verdeil J-L, Zimmermann SD, Gaillard I✉ (2019) Characterization of the grapevine Shaker K+ channel VvK3.1 supports its function in massive potassium fluxes necessary for berry potassium loading and pulvinus-actuated leaf movements. New Phytol., 222(1):286-300

Chérel I✉, Gaillard I (2019) The complex fine-tuning of K+ fluxes in plants in relation to osmotic and ionic abiotic stresses. Int. J. Mol. Sci., 20(3):715

Martinière A, Gibrat R, Sentenac H, Dumont X, Gaillard I, Paris N✉ (2018) Uncovering pH at both sides of the root plasma membrane interface using noninvasive imaging. P. Natl. Acad. Sci. USA, 115(25):6488-6493

Boeglin M*, Fuglsang AT*, Luu D-T, Sentenac H, Gaillard I, Chérel I✉ (2016) Reduced expression of AtNUP62 nucleoporin gene affects auxin response in Arabidopsis. BMC Plant Biol., 16:2

Lefoulon C*, Boeglin M*, Moreau B, Véry A-A, Szponarski W, Dauzat M, Michard E, Gaillard I, Chérel I✉ (2016) The Arabidopsis AtPP2CA protein phosphatase inhibits the GORK K+ efflux channel and exerts a dominant suppressive effect on phosphomimetic-activating mutations. J. Biol. Chem., 291(12):6521-6533

Nieves-Cordones M✉, Ródenas R, Chavanieu A, Rivero RM, Martínez V, Gaillard I, Rubio F✉ (2016) Uneven HAK/KUP/KT protein diversity among angiosperms: Species distribution and perspectives. Front. Plant Sci., 7:127

Taochy C, Gaillard I, Ipotesi E, Oomen RJFJ, Leonhardt N, Zimmermann S, Peltier J-B, Szponarski W, Simonneau T, Sentenac H, Gibrat R, Boyer J-C✉ (2015) The Arabidopsisroot stele transporter NPF2.3 contributes to nitrate translocation to shoots under salt stress. Plant J., 83(3):466-479

Chérel I✉, Lefoulon C, Boeglin M, Sentenac H (2014) Molecular mechanisms involved in plant adaptation to low K+ availability. J. Exp. Bot., 65(3):833-848

Nieves-Cordones M, Chavanieu A, Jeanguenin L, Alcon C, Szponarski W, Estaran S, Chérel I, Zimmermann S, Sentenac H, Gaillard I✉ (2014) Distinct amino acids in the C-linker domain of the Arabidopsis K+ channel KAT2 determine its subcellular localization and activity at the plasma membrane. Plant Physiol., 164(3):1415-1429

Nieves-Cordones M✉, Gaillard I✉ (2014) Involvement of the S4-S5 Linker and the C-linker domain regions to voltage-gating in plant shaker channels: comparison with animal HCN and Kv channels. Plant Signal. Behav., 9(10):e972892

Cuéllar T, Azeem F, Andrianteranagna M, Pascaud F, Verdeil J-L, Sentenac H, Zimmermann S, Gaillard I✉ (2013) Potassium transport in developing fleshy fruits: The grapevine inward K+ channel VvK1.2 is activated by CIPK-CBL complexes and induced in ripening berry flesh cells. Plant J., 73(6):1006-1018

Martinière A, Bassil E, Jublanc E, Alcon C, Reguera M, Sentenac H, Blumwald E, Paris N✉ (2013) In vivo intracellular pH measurements in tobacco and Arabidopsis reveal an unexpected pH gradient in the endomembrane system. Plant Cell, 25(10):4028-4043

Martinière A✉, Desbrosses G, Sentenac H, Paris N✉ (2013) Development and properties of genetically encoded pH sensors in plants. Front. Plant Sci., 4:523

Collaborations
Sources de financement
Anciens membres

Soutenance de thèse : Jérémy Villette

11 décembre 2019 – Identification et caractérisation des canaux K+ de type Shaker de vigne impliqués dans le contrôle de l’acidité du raisin

Offre de stage Master 2 BFP-BPT

Offre de stage Master 2 – Régulation du transport de potassium dans la baie de raisin par une kinase membranaire associée à la voie de signalisation de l’acide abscissique – ICherel

Séminaire IBIP : Nadine Paris

7 juin 2018 – Shedding light on pH at both sides of the root plasma membrane interface using non-invasive imaging

PNAS – Uncovering pH at both sides of the root plasma membrane interface using noninvasive imaging

Alexandre Martinière, Rémy Gibrat, Hervé Sentenac, Xavier Dumont, Isabelle Gaillard & Nadine Paris✉