Classification des transporteurs : le système TC

Une classification simple des systèmes de transport a été développée (Saier, 2000, Busch and Saier, 2002) et approuvée par le comité « International Union of Biochemistry and Molecular Biology ». La nomenclature de ce système de classification TC (Transport Commission) est homologue au système de classification enzymatique EC (Enzyme Commission) déjà établi en 1992. Comme le système EC, la classification TC prend en compte les données concernant la fonction des transporteurs mais également des informations phylogénétiques ; il est désigné par quatre chiffres et une lettre. Ce système de classification est consultable sur le site internet http://www.biology.ucsd.edu/~msaier/transport/ (Saier et al., 2006).

Les systèmes de transport sont classés selon cinq critères, chacun de ces critères correspondant à un des cinq chiffres ou lettres. Le premier chiffre désigne la classe du transporteur, suivi d’une lettre qui désigne la sous classe. Les trois derniers chiffres désignent la famille, la sous famille et le substrat transporté. Le Tableau 1 présente les différentes familles de transporteurs actuellement répertoriées chez les végétaux.

Bien qu’il se trouve en quantité importante dans les sols, l’azote est un des éléments principaux limitant la croissance des plantes, puisqu’il se trouve majoritairement sous des formes non directement assimilables par les plantes. L’ammonium et le nitrate constituent les principales sources d’azote pour la croissance des plantes même s’ils ne représentent qu’une très faible partie de l’azote du sol. Au niveau des sols forestiers, l’ammonium représente la principale source d’azote inorganique pour les plantes (Marschner et Dell, 1994). Toutefois, les plantes présentent généralement une croissance optimale lorsque le nitrate et l’ammonium sont présents. Un nombre important de transporteurs permettant d’importer efficacement l’ammonium et le nitrate sur de larges gammes de concentrations a été mis en évidence chez différentes plantes. D’autre part, l’ammonium constitue également un intermédiaire central généré lors de différents processus comme la réduction du nitrate, la fixation de l’azote atmosphérique, la photorespiration et le catabolisme protéique (Joy, 1988). En situation extrême, les plantes sont également capables d’absorber les acides aminés (Persson et al., 2003), mais ceux-ci représentent surtout la principale forme de transport à longue distance de l’azote organique. Les acides aminés jouent par ailleurs des rôles fondamentaux dans une multitude de processus métaboliques incluant la synthèse protéique, la croissance cellulaire, la signalisation cellulaire, l’adaptation à certains changements environnementaux, la germination et la sénescence (Ortiz-Lopez et al., 2002). L’existence d’un nombre important de transporteurs d’acides aminés est suggérée par la complexité du métabolisme azoté intracellulaire et la multiplicité des types cellulaires impliqués dans le transport à longue distance.

L’absorption d’azote organique et inorganique, ainsi que le transport de l’azote organique synthétisé au niveau des organes « source » vers les organes « puits », constituent des mécanismes essentiels à la physiologie et au développement des plantes. Ceci est d’autant plus vrai chez les espèces pérennes qui présentent des variations saisonnières au niveau du contenu en azote dans leurs tissus, notamment au cours de la sénescence automnale et de la remobilisation printanière. Les précédentes études ont principalement portées sur la mise en réserve de l’azote sous forme de protéines de stockage au cours de l’hiver et sur la remobilisation sous forme d’acides aminés de cet azote stocké au cours de l’hiver. Ces deux périodes ont été principalement étudiées en se focalisant sur les flux printaniers d’acides aminés et la synthèse puis la dégradation des protéines de réserves. En ce qui concerne les aspects moléculaires de ces phénomènes et notamment les mécanismes de transfert et de translocation au niveau des différents tissus de l’arbre, peu de données existent.

Les principales études portant sur la caractérisation moléculaire des transporteurs d’ammonium et d’acides aminés chez les plantes se sont focalisées sur des espèces herbacées et plus particulièrement Arabidopsis thaliana qui fût la première plante dont le génome a été entièrement séquencé. Le récent séquençage du génome du peuplier permet à présent de mieux appréhender les mécanismes de transport d’une espèce pérenne, et en particulier ceux de l’ammonium et des acides aminés.

Les études réalisées au cours de mon travail de thèse s’inscrit dans un contexte plus global d’études de la physiologie des arbres en interactions avec leurs milieux biotiques et abiotiques.

L’objectif général de mon travail de thèse a consisté à étudier certains mécanismes de transport impliqués dans l’absorption et la remobilisation de certaines sources d’azote, l’ammonium et les acides aminés, chez le peuplier.

Au travers de la participation à l’annotation du génome séquencé de peuplier, mais également par l’étude des séquences EST disponibles, le premier objectif de mon travail de thèse a donc été d’identifier les gènes modèles impliqués dans le transport de composés azotés mais également dans l’assimilation de l’azote inorganique.

Le deuxième objectif de mon travail de thèse, a été de caractériser les gènes candidats impliqués dans l’absorption et le transport de l’ammonium chez le peuplier. Des études d’expression et de caractérisation fonctionnelle ont notamment permis de mettre en évidence certaines particularités reliées au mode de vie pérenne du peuplier

Le troisième objectif a été d’étudier la sénescence automnale du peuplier en conditions naturelles, en se focalisant plus particulièrement sur les flux d’acides aminés entre les feuilles et les organes pérennes comme les tiges et les protéines potentiellement responsables de ces flux.

Le quatrième objectif, en relation avec le précédent, a été d’étudier la remobilisation printanière de l’azote au travers de l’un des phénomènes les plus visibles de cette remobilisation, le débourrement des bourgeons. Ce travail s’est notamment attaché à caractériser un transporteur putatif d’acides aminés principalement exprimé au niveau du bourgeon.