Mobilité des métaux
Nom de la responsable : Catherine Curie
Directrice de recherche CNRS
Mots Clés
Transport, Fer, Manganèse, Arabidopsis, Régulation, Trafic membranaire
Présentation
Notre équipe étudie les bases moléculaires de l’homéostasie du fer (Fe) et du manganèse (Mn) chez la plante à fleur Arabidopsis thaliana et chez la mousse Physcomitrella patens.
Le Fe et le Mn jouent un rôle crucial dans la vie cellulaire car ils servent de cofacteurs à de nombreuses enzymes impliquées dans des métabolismes clés comme la photosynthèse, la respiration ou la synthèse d’acides nucléiques. Cependant, bien qu’abondants dans la croute terrestre, leur faible solubilité dans les sols limite leur disponibilité dans la majorité des terres cultivées de la planète.
Dans l’équipe nous cherchons à comprendre par quels mécanismes les plantes parviennent à surmonter ces contraintes de l’environnement. Nous nous attachons à identifier les transporteurs membranaires de Fe et de Mn et leurs régulateurs chez Arabidopsis thaliana et Physcomitrella patens.
En outre, la mobilité du fer entre compartiments est étroitement liée à son état redox (Fe2+ ou Fe3+) ainsi qu’à la nature du complexe qu’il forme avec des ligands spécifique. En effet, pour traverser les membranes, chaque combinaison redox/ligand doit recruter un transporteur spécifique. C’est pourquoi nous étudions aussi les acteurs qui contrôlent cette « speciation » du fer : oxidases et reductases, ligands du fer et leurs transporteurs membranaires.
Pour identifier des gènes candidats puis les valider au niveau fonctionnel, nous combinons des approches de génétique inverse et génétique quantitative (QTL, GWAS) avec des techniques de biochimie/chimie analytique et de biologie cellulaire.
Une spécificité de l’équipe est le développement et l’utilisation d’outils d’imagerie permettant de visualiser 1) le fer cellulaire (histochimie Perls-DAB) et 2) les vagues calciques produites par la plante en réponse à son statut en Fe ou Mn (Cameleon).
De plus, un spectromètre atomique de dernière génération (MP-AES) basé dans l’équipe (https://www1.montpellier.inra.fr/wp-inra/bpmp/plateformes-et-plateaux-techniques/same/) permet d’effectuer une analyse multi-élémentaire à haute sensibilité et haut débit d’échantillons de plantes (mutants, variants naturels) en réponse à des traitements métalliques (carences, excès).
Membres de l'équipe
Résultats marquants
NRAMP1 représente la porte d’entrée du Mn dans la plante. Lors d’une carence en Mn, les plantes synthétisent NRAMP1, appartenant à une famille de transporteurs de métaux divalents, pour prélever le Mn à la surface des racines. En son absence, la croissance de la plante est dramatiquement ralentie en condition de carence de Mn (Cailliatte et al., 2010).
Rôle du citrate dans le transport de fer apoplastique. Le complexe Fe-citrate est stable dans les milieux extracellulaires comme l’apoplaste ou la sève xylémienne. Nous avons montré que le transporteur d’efflux de citrate FRD3 contribue au mouvement du fer entre cellules dépourvues de connections symplastiques en solubilisant le fer entre ces cellules. La nutrition en Fe du grain de pollen dépend ainsi de la présence de Fe-citrate dans le locule de l’anthère (Rozschttardtz et al., 2011b).
La nutrition en fer de l’embryon requiert une étape de réduction du FeIII par l’ascorbate. Au cours de l’embryogenèse, nous avons montré que l’embryon d’Arabidopsis relargue de l’ascorbate pour permettre la réduction du FeIII et le prélèvement du FeII ainsi formé (Grillet et al., 2014).
Figure: representation schématique de l’influx de fer dependant de l’ascorbate dans l’embryon. L’embryon d’Arabidopsis a été coloré au Perls-DAB pour visualiser l’accumulation de fer dans les vaisseaux.
Le transporteur NRAMP2 distribue le Mn aux organites cellulaires. NRAMP2 est une protéine résidente du TGN qui est indispensable à l’acheminement du Mn aux vacuoles et aux chloroplastes, à l’activité photosynthétique et à l’équilibre redox de la cellule (Alejandro et al., 2017).
Publications significatives
Thibault Kosuth(d), Alexandra Leskova, Reyes Ródenas, Grégory Vert, Catherine Curie, Loren Castaings✉ (Aug 2023) Phosphorylation by CIPK23 regulates the high-affinity Mn transporter NRAMP1 in Arabidopsis. Febs Lett. 597(16):2048-2058
Kosuth T, Leskova A, Castaings L, Curie C✉ (2023) Golgi in and out: multifaceted role and journey of manganese. New Phytol., 238(5):1795-1800
Alcon C, Xiong TC (2023) Calcium live imaging at multi-scales from cellular to organ level in Arabidopsis thaliana. in Ivan Couée (Eds): Plant Abiotic Stress Signaling. Methods Mol. Biol., 2642:85-95
Brun A, Smokvarska M, Wei L, Chay S, Curie C, Mari S✉ (2022) MCO1 and MCO3, two putative ascorbate oxidases with ferroxidase activity, new candidates for the regulation of apoplastic iron excess in Arabidopsis. Plant Direct
, 6(11):e463
Grant-Grant S, Schaffhauser M, Baeza-González PA, Gao F, Conéjéro G, Gaymard F, Dubos C, Curie C, Roschzttardtz H✉ (2022) B3 transcription factors determine iron distribution and FERRITIN gene expression in embryo but do not control total seed iron content. Front. Plant Sci., (accepted)
Kechid M, Desbrosses G, Gamet L, Castaings L, Varoquaux F, Djekoun A, Touraine B✉ (2022) Arabidopsis growth-promotion and root architecture responses to the beneficial rhizobacterium Phyllobacterium brassicacearum strain STM196 are independent of the nitrate assimilatory pathway. Plants-Basel, 11(1):128
Then C*, Bellegarde F*, Schivre G*, Martinière A, Macia J-L, Xiong TC✉, Drucker M✉ (2021) Plant viruses can alter aphid-triggered calcium elevations in infected leaves. Cells, 10(12):3534
Hoang MTT, Almeida DM, Chay S, Alcon C, Corratgé-Faillie C, Curie C, Mari S✉ (2021) AtDTX25, a member of the multidrug and toxic compound extrusion family, is a vacuolar ascorbate transporter that controls intracellular iron cycling in Arabidopsis. New Phytol., 231(5):1956-1967
Castaings L✉, Alcon C, Kosuth T, Correia D, Curie C✉ (2021) Manganese triggers phosphorylation-mediated endocytosis of the Arabidopsis metal transporter NRAMP1. Plant J., 106(5):1328-1337
Alejandro S, Cailliatte R, Alcon C, Dirick L, Domergue F, Correia D, Castaings L, Briat J-F, Mari S, Curie C✉ (2017) Intracellular distribution of manganese by the trans-golgi network transporter NRAMP2 is critical for photosynthesis and cellular redox homeostasis. Plant Cell, 29(12):3068-3084
Castaings L, Caquot A, Loubet S, Curie C✉ (2016) The high-affinity metal transporters NRAMP1 and IRT1 team up to take up iron under sufficient metal provision. Sci. Rep.-UK, 6:37222
Grillet L*, Ouerdane L*, Flis P, Hoang MTT, Isaure M-P, Lobinski R, Curie C, Mari S✉ (2014) Ascorbate efflux as a new strategy for iron reduction and transport in plants. J. Biol. Chem., 289(5):2515-2525
Divol F*, Couch D*, Conéjéro G, Roschzttardtz H, Mari S, Curie C✉ (2013) The Arabidopsis YELLOW STRIPE LIKE 4 and 6 transporters control iron release from the chloroplast. Plant Cell, 25(3):1040-1055
Barberon M*, Zelazny E*, Robert S, Conéjéro G, Curie C, Friml J, Vert G✉ (2011) Monoubiquitin-dependent endocytosis of the Iron-Regulated Transporter 1 (IRT1) transporter controls iron uptake in plants. P. Natl. Acad. Sci. USA, 108(32):E450-E458
Roschzttardtz H, Grillet L, Isaure M-P, Conéjéro G, Ortega R, Curie C, Mari S✉ (2011) Plant cell nucleolus as a hot spot for iron. J. Biol. Chem., 286(32):27863-27866
Roschzttardtz H*, Séguéla-Arnaud M*, Briat J-F, Vert G, Curie C✉ (2011) The FRD3 citrate effluxer promotes iron nutrition between symplastically disconnected tissues throughout Arabidopsis development. Plant Cell, 23(7):2725-2737
Sivitz A, Grinvalds C, Barberon M, Curie C, Vert G✉ (2011) Proteasome-mediated turnover of the transcriptional activator FIT is required for plant iron deficiency responses. Plant J., 66(6):1044-1052
Cailliatte R, Schikora A, Briat J-F, Mari S, Curie C✉ (2010) High-affinity manganese uptake by the Metal Transporter NRAMP1 is essential for Arabidopsis growth in low manganese conditions. Plant Cell, 22(3):904-917
Roschzttardtz H, Conéjéro G, Curie C, Mari S✉ (2009) Identification of the endodermal vacuole as the iron storage compartment in the Arabidopsis embryo. Plant Physiol., 151(3):1329-1338
Curie C✉, Cassin G, Couch D, Divol F, Higuchi K, Le Jean M, Misson J, Schikora A, Czernic P, Mari S (2009) Metal movement within the plant: contribution of nicotianamine and yellow stripe 1-like transporters. Ann. Bot.-London, 103(1):1-11
Séguéla M, Briat J-F, Vert G, Curie C✉ (2008) Cytokinins negatively regulate the root iron uptake machinery in Arabidopsis through a growth-dependent pathway. Plant J., 55(2):289-300
Briat J-F✉, Curie C, Gaymard F (2007) Iron utilization and metabolism in plants. Curr. Opin. Plant Biol., 10(3):276-282
Le Jean M, Schikora A, Mari S, Briat J-F, Curie C✉ (2005) A loss-of-function mutation in AtYSL1 reveals its role in iron and nicotiananmine seed loading. Plant J., 44(5):769-782
Vert G, Briat J-F, Curie C✉ (2003) Dual regulation of the Arabidopsis high-affinity root Iron uptake system by local and long-distance signals. Plant Physiol., 132(2):796-804
Curie C✉, Briat J-F✉ (2003) Iron transport and signaling in plants. Annu. Rev. Plant Phys., 54:183-206
Vert G, Grotz N, Dédaldéchamp F, Gaymard F, Guerinot ML, Briat J-F, Curie C✉ (2002) IRT1, an Arabidopsis transporter essential for iron uptake from the soil and for plant growth. Plant Cell, 14(6):1223-1233
Curie C, Panaviene Z, Loulergue C, Dellaporta SL, Briat J-F, Walker EL✉ (2001) Maize yellow stripe1 encodes a membrane protein directly involved in Fe(III) uptake. Nature, 409(6818):346-349
Collaborations
- Collaborations nationales :
Sébastien Thomine, I2BC (Gif-sur-Yvette)
Julio Saez-Vasquez (Université Perpignan)
Christophe Bailly, IBPS (Université Pierre et Marie Curie)
Marie-Pierre Isaure LCABIE (Université Pau)
Karine Gallardo (INRA Dijon)
Frédéric Domergue (INRA Bordeaux)
- Collaborations internationales :
Wolfgang Schmidt, Academia Sinica (Taipei, Taiwan)
Lola Penarrubia (University Valencia, Spain)
Alessandro Alboresi, Department Biology (Université Padoue, Italie)
Sources de financement
- Projet ANR CIDS (2006-2009)
- Projet ANR DISTRIMET (2007-2010)
- Projet ANR HEMOLI (2007-2010)
- Projet ANR TRAFIRT (2008-2011)
- Bourse IEF Marie-Curie BIOCHEMIRT. Manuel Gonzalez-Guerrero (2008-2010)
- Projet ANR PLANTMAN (2012-2015)
- Projet ANR MANOMICS (2012-2016)
- Projet ANR SUBCELIF (2014-2017)
- Contrat Agropolis Fondation-Solvay/Rhodia (2014-2015)
- Projet BAP INRAE INRONSEED (2016-2017)
- Contrat Solvay/Rhodia (2016-2018)
- Projet ANR ISISTOR (2017-2020)
Anciens membres
Rémy Cailliatte, Centre INRA d’Avignon remy.cailliatte@inra.fr
Loren Castaings, Université Montpellier loren.castaings@supagro.fr
Santiago Alejandro, Université de Halle santiago.alejandro-martinez@landw.uni-halle.de
Louis Grillet, Academia sinica Taipei grillet@gate.sinica.edu.tw
