Regulation of aquaporins and response of Arabidopsis thaliana roots to abiotic and nutritional stimuli
Régulation des aquaporines et réponse des racines d'Arabidopsis thaliana à des stimuli abiotiques et nutritionnels
Résumé
The water uptake capacity of plant roots (root hydraulic conductivity, Lpr) is mainly determined by water channels (aquaporins) and is modulated by environmental constraints. The present work characterised, in a unique organism (Arabidopsis), effects on Lpr of abiotic and biotic constraints representative of environmental situations. Whereas flagelline does not affect Lpr, osmotic (NaCl or mannitol), oxidative (H2O2 or NO) and nutritional (phosphate or nitrate starvation, prolonged night) stimuli inhibit Lpr. However, phosphate and sucrose resupply stimulate Lpr. A phosphoproteomics approach based on MS analysis of microsomal proteins extracted from roots of plants cultivated in different environmental constraints (NaCl, NO,phosphate starvation and resupply) allowed to quantify variations of abundance of roots aquaporins and of their PTMs. As a qualitative point of view, 22 aquaporins were identified in roots as well as several post-translational modifications including new sites of phosphorylation (7), methylation (13 to 15), formylation (4) and deamidation (25 to 26). From a quantitative point of view, the present work drove to the conclusion that the modulations of Lpr result from multifactorial mechanisms including the phosphorylation status of the C terminal part of PIP2;1/2;2/2;3 and of the N-terminal part of PIP1;1/1;2 and TIP aquaporins. This study proposes new molecular mechanisms implicated in Lpr regulation in response to various environmental situations.
La conductivité hydraulique racinaire (Lpr) traduit la facilité du passage de l'eau au travers des racines. Ce paramètre, majoritairement contrôlé par l'activité de canaux hydriques membranaires (aquaporines), est modulable par diverses contraintes environnementales. Ce travail a permis de caractériser, sur un même organisme (Arabidopsis), les effets d'un ensemble de contraintes abiotiques et biotiques, représentatives de situations environnementales, sur la Lpr. Alors que la flagelline n'affecte pas la Lpr, les contraintes osmotiques (NaCl, mannitol), oxydantes (H2O2, NO) et nutritionnelles (carence en phosphate, en nitrate, culture des plantes en nuit prolongée) inhibent la Lpr. Par contre, la réalimentation en phosphate ainsi que l'addition de saccharose à des plantes cultivées en nuit prolongée stimulent la Lpr. Une approche phosphoprotéomique quantitative, basée sur l'analyse par MS de protéines microsomales racinaires purifiées à partir de plantes cultivées dans trois de ces contextes (NaCl, NO, phosphate) a permis de quantifier les variations d'abondance de l'ensemble des aquaporines racinaires ainsi que de leur état de MPT. D'un point de vue qualitatif, 22 aquaporines ont été identifiées dans la racine ainsi que plusieurs types de MPTs, incluant des nouveaux sites de phosphorylation (7), de méthylation (13 à 15), de formylation (4) et de déamidation (25 à 26). D'un point de vue quantitatif, cette étude a permis de conclure que les observations réalisées au niveau de la Lpr sont la résultante de mécanismes multifactoriels incluant l'état de phosphorylation des trois sites de l'extrémité C terminale de PIP2;1/2;2/2;3, l'état de phosphorylation de l'extrémité N terminale de PIP1;1/1;2, ainsi que les aquaporines TIPs. Ce travail permet donc de proposer de nouveaux mécanismes moléculaires impliqués dans la régulation de la Lpr en réponse à des contraintes de l'environnement.