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Molecular mechanisms controlling endodermis and exodermis differentiation in tomato roots

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Des tomates sauvages révèlent la façon dont les racines des plantes font face à des conditions difficiles

En raison du changement climatique, le sol disponible pour cultiver des plantes devient plus sec et plus salin. Des scientifiques européens ont étudié les mécanismes moléculaires impliqués dans le développement des racines dans des conditions salines.

Alimentation et Ressources naturelles

Les racines des plantes ont développé des mécanismes pour contrôler l’entrée des solutés et de l’eau. Prenez, par exemple, la modification de la paroi cellulaire chez des types spécifiques de cellules racinaires qui servent de barrières physiques afin de contrôler l’absorption d’éléments du sol. Ces modifications concernent, parmi d’autres composés, des polymères de lignine et de subérine. L’un de ces types de cellules est l’endoderme, qui forme une structure de lignine en forme d’anneau appelée cadre de Caspary. Les dépôts de lignine et de subérine sont régulés afin de permettre aux plantes de répondre et de s’adapter à ces conditions. Le développement de la différenciation de l’endoderme, par laquelle les cellules se développent, a été étudié ces dernières années en utilisant Arabidopsis thaliana comme système modèle. Toutefois, la plupart des plantes ont également un autre type de cellule racinaire appelée exoderme, qui crée également des barrières à base de lignine et de subérine. Nous disposons de très peu de connaissances sur les mécanismes contrôlant la différenciation de l’exoderme et sa réponse au stress abiotique au niveau moléculaire, car Arabidopsis ne possède pas d’exoderme. Comparer les types cultivés et les types sauvages Le projet ROOT BARRIERS, financé par l’UE, visait à combler ce manque de connaissances en utilisant deux espèces de tomates comme système modèle pour étudier la différenciation de l’exoderme. «L’objectif était de déterminer si ces processus sont similaires ou distincts de ceux de l’endoderme et de quelle manière la salinité influence leur différenciation au niveau moléculaire», explique le Dr Juan Carlos del Pozo, coordinateur du projet. Ces recherches ont été menées avec le soutien du programme Marie Curie. Les chercheurs ont étudié la différenciation de l’endoderme et de l’exoderme chez des espèces de tomates cultivées et sauvages, à savoir respectivement Solanum lycopersicum et Solanum pennellii. Des données d’expression génétique ont également été rassemblées pour étudier la manière dont ces types de cellules répondent à S. pennellii, espèce endémique dans les régions andines de l’Amérique du Sud, et elles ont évolué afin de s’adapter à des conditions de sécheresse. L’équipe a testé la capacité des deux espèces à résister face au stress salin et a confirmé que S.pennellii est capable de se développer dans des milieux à concentration saline élevée. «Nous avons découvert que la formation de barrières racinaires chez ces deux espèces est différente, tout comme le stress salin influence différemment leur différenciation», explique la Dre Siobhan Brady, chercheuse à l’Université de Californie à Davis, institution partenaire. De nouvelles données importantes Les images obtenues par microscope confocal du dépôt de lignine sur la racine des tomates ont permis aux scientifiques de décrire pleinement le cadre de développement de la différenciation de l’exoderme. Les scientifiques ont également produit des mutants CRISPR/Cas9 pour obtenir les gènes candidats potentiels impliqués dans la différenciation de l’exoderme. Cela a permis de démontrer leur fonction dans la formation des barrières de l’exoderme grâce à des analyses phénotypiques, qui ont indiqué des anomalies dans le dépôt de lignine. En outre, les chercheurs ont utilisé une technologie de pointe, la purification par affinité de ribosomes en cours de traduction, pour élaborer le profil de l’ARN messager (ARNm) des cellules de l’endoderme et de l’exoderme, en conditions de stress salin et en conditions témoins. «Cela nous indique les gènes qui répondent pour modifier les barrières racinaires dans ces deux types de cellules en cas de stress salin. Il s’agira du premier ensemble de données à ce jour où l’ARNm issu de types de cellules spécifiques est obtenu d’une espèce cultivée caractérisée dans des conditions de stress abiotique», signale la Dre Concepcion Manzano, chercheuse titulaire d’une bourse individuelle Marie S. Curie. ROOT BARRIERS a montré que la différenciation de l’endoderme et de l’exoderme se développe de manière différente en ce qui concerne le dépôt de la lignine, renforçant ainsi la compréhension sur la manière dont deux types de cellules racinaires importantes sont contrôlées au niveau moléculaire. De plus, les résultats concernant les gènes impliqués dans la différenciation de l’endoderme et de l’exoderme peuvent être appliqués à d’autres espèces cultivées. Le Dr del Pozo conclut: «Ces connaissances seront d’un immense intérêt pour la communauté scientifique, permettant ainsi d’améliorer la croissance végétale dans des conditions défavorables.»

Mots‑clés

ROOT BARRIERS, exoderme, différenciation, endoderme, stress salin, ARN messager (ARNm), tomate, Solanum pennellii, CRISPR/Cas9, purification par affinité de ribosomes en cours de traduction

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