Le peptide SCOOP12 contrôle le développement racinaire de la plante Arabidopsis thaliana

Identification d’une nouvelle famille de peptides sécrétés SCOOP

Une approche pluridisciplinaire réalisée par des scientifiques de l’IRHS combinant bioinformatique, génomique et phénotypage a permis d’identifier une nouvelle famille de gènes d'Arabidopsis thaliana (A. thaliana) codant pour des petits peptides de signalisation nommés SCOOP (Serine riCh endOgenOus Peptides). De premiers travaux sur un membre de cette famille, SCOOP12, ont montré son implication dans les réponses de la plante face à plusieurs espèces de bactéries et champignons phytopathogènes. Des données préliminaires suggéraient également un rôle de celui-ci dans les mécanismes de régulation du développement de la racine principale, ce qui  a conduit à poursuivre les recherches pour mieux comprendre sa fonction dans cet organe de la plante.

La racine d’A. thaliana est organisée en zones distinctes (Figure 1). Les cellules souches sont d’abord issues du méristème, situé dans la pointe racinaire, dans lequel elles se divisent, puis elles s’allongent dans la zone d’élongation. Enfin, elles acquièrent des fonctions spécifiques dans la zone de différenciation comme la formation des poils absorbants. L'équilibre entre la division et la différenciation cellulaire est un aspect clé du contrôle de la croissance racinaire.

SCOOP12 contrôle la division et la différenciation des cellules

Chez A. thaliana, il a été montré que SCOOP12 est un modérateur de la croissance racinaire en contrôlant les processus de division et de différenciation des cellules dans cet organe. En effet, l’inactivation du gène codant pour le peptide entraîne un allongement de la racine principale qui s’explique par un allongement de la taille des cellules différenciées. A l’inverse, l’application de la forme synthétique du peptide SCOOP12 entraîne une diminution de la croissance racinaire se traduisant par une diminution du nombre de divisions cellulaire et de la taille des cellules différenciées (Figure 2). L’inactivation du gène et le traitement avec le peptide entraînent donc des effets antagonistes sur la morphologie des racines montrant alors le rôle régulateur du peptide sur les processus de division et de différenciation cellulaires.

SCOOP12 impacte l’homéostasie des formes actives d’oxygène (Reactive Oxygen Species ou ROS)

Au cours des nombreuses réactions métaboliques des cellules, comme la consommation d’oxygène par les mitochondries, des espèces réactives de l’oxygène sont produites. Ces ROS sont des radicaux oxygénés très réactifs chimiquement qui existent sous différentes formes (H₂O_2, O₂^.-). Pendant longtemps, ces molécules ont été considérés comme des métabolites associés à des évènements toxiques et impliqués dans de nombreuses réactions de défense des plantes pour tenter d’éviter l’invasion des cellules par un agent pathogène. Cependant, les plantes produisent également des ROS même en l’absence de stress. Dans les conditions normales, on parle d’une accumulation de ROS à l’état d’équilibre, ou homéostasie. Certaines formes de ces ROS jouent un rôle important dans le maintien de l’activité du méristème et de la différenciation des cellules. Dans la racine d’A. thaliana, le maintien de la division cellulaire nécessite une accumulation de l’O₂^.- alors que la différenciation cellulaire nécessite des niveaux élevés d’H₂O₂. La présence ou l’absence du peptide SCOOP12 entraîne alors une modification de l’accumulation de ces deux formes de ROS (Figure 3),de manière corrélée aux effets observés sur la zone méristématique et la zone de différenciation.

Ces résultats mettent en évidence le rôle régulateur du peptide SCOOP12 d’A. thaliana dans les processus de division et de différenciation pour contrôler le développement de la racine principale en agissant sur l’équilibre des formes actives de l’oxygène. Le double rôle de ce peptide dans la défense et le développement, illustre l’intérêt d’explorer la diversité, encore très peu connue, des phytocytokines. Elles pourraient être exploitées dans des stratégies optimisant conjointement la qualité et la résistance des plantes cultivées, ouvrant ainsi de nouvelles opportunités pour la gestion durable des cultures.

PARTENAIRES SCIENTIFIQUES : Plateau d’imagerie IMAC (Imagerie Cellulaire) de la SFR QUASAV.

FINANCEMENT :  cette recherche a été financée par l'Université d'Angers et INRAE et réalisée dans le cadre du programme régional "Objectif Végétal, Recherche, Enseignement et Innovation en Pays de la Loire", soutenu par la Région française Pays de la Loire, Angers Loire Métropole et le Fonds Européen de Développement Régional.

PUBLICATIONS ASSOCIEES :

Gully K, Pelletier S, Guillou M-C, Ferrand M, Aligon S, Pokotylo I, Perrin A, Vergne E, Fagard M, Ruelland E, Grappin P, Bucher E, Renou J-P, Aubourg S (2019) The SCOOP12 peptide regulates defense response and root elongation in Arabidopsis thaliana. Journal of Experimental Botany, 4:1349-1365

Guillou M-C, Vergne E, Aligon S, Pelletier S, Simonneau F, Roland A, Chabout S, Mouille G, Gully K, Grappin P, Montrichard F, Aubourg S, Renou J-P (2022) The peptide SCOOP12 acts on reactive oxygen species homeostasis to modulate cell division and elongation in Arabidopsis primary root. Journal of Experimental Botany, 73(18):6115-6132

Stahl E, Fernandez Martin A, Glauser G, Guillou M-C, Aubourg S, Renou J-P, Reymond P (2022) The MIK2/SCOOP signaling system contributes to Arabidopsis resistance against herbivory by modulating jasmonate and indole glusosinolate biosynthesis. Frontiers in Plant Science, 13:852808.