N1531

Découverte fondamentale sur la circulation du potassium dans la plante

30 septembre 1998

Comprendre comment les éléments minéraux circulent du sol jusqu’aux parties aériennes des plantes est un enjeu de recherche fondamentale susceptible de déboucher sur des applications agronomiques majeures. Des chercheurs d'un laboratoire INRA-CNRS de l’Ecole Nationale Supérieure Agronomique de Montpellier1 viennent de découvrir une structure moléculaire responsable de la sécrétion de l'ion potassium dans la sève chez les plantes. C’est la première identification d’un tel système de transport jouant un rôle dans les relations entre racines et feuilles.

Le potassium dans le monde vivant

Le potassium est l’ion le plus abondant dans les cellules de tous les organismes végétaux et
animaux, qui l'utilisent pour de nombreuses fonctions vitales. Chez l’être humain, il est apporté
par des chaînes alimentaires dont le premier maillon est en général une plante. Les racines le
prélèvent dans le sol, puis le transfèrent dans la sève, qui le transporte dans les parties aériennes
de la plante.

La démarche de recherche

Le premier système d'absorption du potassium par les racines a été identifié en 1992 par cette
même équipe de Montpellier. Depuis, d'autres systèmes responsables de l'absorption du
potassium ou d'autres ions comme le phosphate, le nitrate ou le fer ont été identifiés. Par contre,
la nature moléculaire des systèmes impliqués dans la sécrétion des ions dans la sève était jusqu’à présent inconnue. Les chercheurs de Montpellier viennent d’identifier un canal localisé au cœur de la racine, dans les cellules bordant les vaisseaux conduisant la sève brute. Ce travail a été fait sur une plante appelée Arabidopsis, sans intérêt agronomique direct, mais bien adaptée aux études de génétique moléculaire. L'équipe de Montpellier, en s'appuyant sur la structure du gène d’Arabidopsis a pu ensuite identifier les gènes correspondants chez deux plantes d'intérêt
agronomique: le maïs et la vigne. Ce résultat est important parce qu'il valide a posteriori la
démarche qui consiste à travailler sur une plante modèle telle qu’Arabidopsis en vue d'en tirer des
applications relatives à des plantes d'intérêt agronomique.
Une collaboration entre l'équipe de Montpellier et un laboratoire de l'INRA à Versailles a permis
d'obtenir une plante mutante, dans laquelle le gène codant ce canal est détruit. Les chercheurs de Montpellier ont ainsi pu obtenir la preuve que le canal est impliqué dans la sécrétion du potassium dans la sève.

Portée scientifique

L’intérêt scientifique de cette avancée tient au fait qu’elle ouvre la voie aux études moléculaires
des échanges entre les différents organes de la plante. C’est la première fois que l’on accède à
l’un des transporteurs d’ions impliqués dans l’intégration des fonctions physiologiques à l’échelle
de la plante entière. Ces échanges sont soumis à des régulations hormonales complexes. Les
premières indications obtenues par l’équipe de Montpellier montrent que l’expression du gène
identifié est régulée par une des principales hormones végétales de stress.

Intérêts agronomiques

Sur le plan agronomique, ce travail offre comme perspective de mieux contrôler la nutrition
minérale des plantes. La connaissance des gènes des transporteurs alimentant les parties
aériennes des plantes permet d’envisager d’obtenir des plantes présentant une meilleure efficacité d'utilisation des engrais. Ceci pourrait permettre de réduire l’usage des intrants pour diminuer les coûts de production et limiter la pollution. Egalement, on peut espérer améliorer la qualité des produits récoltés en contrôlant la répartition des minéraux à l’intérieur de la plante. Ainsi, dans le cas de la vigne, la teneur en potassium de la baie de raisin est un déterminant essentiel de l'acidité du moût, et par là de la qualité vinicole. Le contrôle du transport de potassium dans la baie pourrait aider à améliorer la stabilité du vin dans le temps en absence de tout traitement et adjonction chimique.

Informations sur les auteurs

Les acteurs principaux du travail sont Frédéric Gaymard, CR1 INRA, Guillaume Pilot, doctorant
bénéficiant d’une allocation moniteur normalien, et Benoît Lacombe, doctorant bénéficiant d’une
allocation de recherche INRA. L’aide de David Bouchez DR2 INRA (Versailles) a permis de sélectionner un mutant disrupté.
Nicole Michaux-Ferrière, CR1 CNRS détachée au CIRAD a dirigé les localisations
histologiques. Le travail a bénéficié de l’appui technique de Jossia Boucherez (TRN INRA) et
Dominique Bruneau (Ingénieur contractuel, Versailles).
Références de la publication : Gaymard F, Pilot G, Lacombe B, Bouchez D, Bruneau D,
Boucherez J, Michaux-Ferrière N, Thibaud JB, Sentenac H 1998. Identification and disruption
of a plant Shaker-like outward channel involved in K+ release into the xylem sap. Cell 94 (5) :
647-655

Informations complémentaires

Il s’agit du clonage d’un système de transport responsable de la sécrétion de potassium dans la
sève brute. C’est la première identification moléculaire d’un transporteur impliqué dans
l’intégration des fonctions à l’échelle de la plante. L’importance fondamentale des résultats
explique qu’il soit publié dans une revue “ généraliste ” au facteur d’impact très élevé (voisin de
40).
Les résultats obtenus sur Arabidopsis, ont permis de cloner sans délai les gènes correspondants
chez le maïs et la vigne. Cette avancée est le résultat de la stratégie pluridisciplinaire (génétique moléculaire / électrophysiologie) définie et mise en œuvre par Hervé Sentenac, DR2 INRA, et Jean-Baptiste Thibaud, DR2 CNRS, responsables de l’équipe “ canaux ioniques ” du Laboratoire. Elle illustre l'effort du département de Biologie Végétale dans les directions “ génétique fonctionnelle ” et “ biologie intégrative ” recommandées par les Directions Scientifiques.

(1) Laboratoire de Biochimie & Physiologie Moléculaire des Plantes, ENSA-M, INRA, CNRS (URA 2133),
Université Montpellier 2 (Directeur : Professeur Claude Grignon), équipe “ Canaux Ioniques ” (Responsables :
Hervé Sentenac Directeur de Recherche INRA et Jean-Baptiste Thibaud, Directeur de Recherche CNRS).
Adresse postale: Biochimie & Physiologie Moléculaire des Plantes, ENSA-M, INRA 34060 MONTPELLIER
CEDEX 1

Contacts scientifiques :
Hervé Sentenac (INRA) : 04 99 61 26 05 ; e-mail: sentenac@ensam.inra.fr
Jean-Baptiste Thibaud (CNRS) ; 04 99 61 26 09 ; e-mail : thibaud@ensam.inra.fr

N1531