Projet de recherche P6/33 (Action de recherche P6)
Les végétaux, véritables « centrales énergétiques » naturelles sont indispensables à la survie et au bien-être de l’humanité, et cela d’autant plus à l’époque actuelle où les réserves d’énergie fossile s’épuisent. Curieusement cependant, la compréhension des mécanismes qui régissent leur croissance et leur développement est toujours fragmentaire, plus particulièrement en ce qui concerne les parties souterraines. Or, les racines exercent des fonctions essentielles à la croissance et au développement de l’organisme végétal. Dans le programme de recherches qui est proposé, 5 laboratoires belges et un partenaire européen prestigieux uniront leurs efforts pour une étude ciblée de la croissance et du développement des racines. Cette étude sera menée sur Arabidopsis thaliana, modèle qui s’est avéré idéal pour l’étude du développement racinaire. Les résultats seront utiles aux développements biotechnologiques futurs visant à augmenter la production de biomasse végétale en tant que source d’énergies alternatives.
Le but du projet est de répondre aux questions suivantes :
- Quels sont les mécanismes qui contrôlent la division et l’élongation cellulaires dans les racines ? Quels en sont les principaux régulateurs ? L’endoréplication est-elle essentielle à l’élongation cellulaire ? Quelle est l’implication des H-ATPase et des aquaporines ? Quels rôles jouent les constituants pariétaux, l’architecture du cytosquelette et la genèse vacuolaire dans le processus d’élongation cellulaire ? (P1, P4, P5)
- Quels sont les événements moléculaires qui contrôlent l’initiation des racines latérales et déterminent l’architecture du système racinaire ? L’initiation d’une racine latérale débute par une division cellulaire asymétrique dans le péricycle ; certains partenaires du projet figurent en « première ligne mondiale » dans l’étude de ce processus. L’étude des événements précoces de l’initiation des racines latérales sera poursuive par des approches de génétique moléculaire et de génomique chimique (P1, EU1).
- Quels rôles jouent les hormones dans l’édification du système racinaire ? Ce réseau PAI s’intéressera aux auxines, aux cytokinines, à l’éthylène et aux gibbérellines (P1, P2, EU1).
- Ce réseau PAI a généré dans sa phase V un vaste ensemble de données concernant le transcriptome de racines intactes, de racines traitées avec une auxine, et des cellules du péricycle. L’étude sera étendue au protéome afin de le comparer au transcriptome (P1, P4, P2, P3).
- Quelles sont les relations entre les parties souterraines et aériennes, entre les racines et les tiges feuillées ? Ce réseau PAI a montré antérieurement que les racines participent à la signalisation systémique nécessaire à la transition florale ; quelles en sont les bases moléculaires ? (P2, P1, P4)
- Comment les racines perçoivent-elles un stress abiotique ? Le projet s’intéressera aux mécanismes de réponse des racines aux métaux lourds (cadmium) et à une carence minérale (en magnésium ou en fer) (P3, P4, P1, P2).
- Comment peut-on modéliser la croissance racinaire ? Le but sera d’obtenir un modèle mathématique intégrant la régulation de l’activité de division cellulaire, l’élongation cellulaire et le transport des hormones afin de rendre compte de la croissance et des caractéristiques architecturales du système racinaire (P4, P1, EU1).
Les objectifs du projet seront poursuivis grâce à l’organisation du réseau en six plateformes de travail auxquelles participent les sept partenaires. Chaque partenaire a ses approches et ses compétences spécifiques ; le réseau associe ainsi la physiologie de la plante entière, la biochimie, la génétique et la biologie moléculaire. Cette complémentarité et les interactions entre les différentes plateformes forment la base du succès du réseau.
En plus des techniques standard disponibles dans les différents laboratoires, ce réseau permettra le développement de technologies récentes, utilisées aujourd’hui par certains partenaires seulement. Ces développements technologiques sont une plus-value au projet et comprendront :
- proteomics
- de la génomique chimique : criblage de banques chimiques dans le but d’identifier des substances régulant les processus liés au développement des racines ;
- la cytométrie de flux (FACS, Fluorescence Activated Cell Sorting) permettant de séparer différents types cellulaires afin d’en étudier les particularités ;
- des études cinétiques (« kinematics ») permettant d’estimer les vitesses de division et d’expansion des cellules dans les racines et les effets que peuvent avoir sur ces paramètres des mutations, des transgènes, ou des traitements chimiques ;
- des techniques d’observation: microscopie confocale et microscope électronique à balayage à émission de champ (FESEM, Field Emission Scanning Electron Microscopy) permettant l’observation des parois cellulaires.
Enfin, ce « Belgian Arabidopsis Root Network » (BARN) diffusera les connaissances en organisant des réunions régulières, un symposium international, et des journées de formation pour les doctorants et les jeunes chercheurs post-docs. Ces événements renforceront encore les contacts existant entre les différents partenaires et favoriseront la mobilité des étudiants entre les universités impliquées.
