Le rôle du NAD(P)/H dans la réponse aux stress abiotiques

Plusieurs publications pointent un rôle de la concentration en NAD et des métabolites qui lui sont associés dans la résistance des plantes aux stress comme l’analyse de plantes de tabac déficientes en complexe I mitochondrial. Ces plantes qui respirent via des déshydrogénases alternes ont leur croissance réduite par leur respiration, mais leur résistance aux stress abiotiques est augmenté (Dutilleul et al., 2003b). Cette plus forte résistance s’accompagne d’une augmentation des teneurs en NAD⁺ et NADH sans modification appréciable des teneurs en NADP⁺, NADPH, H2O2, ascorbate ou glutathion (Dutilleul et al., 2003a; Dutilleul et al., 2003b; Dutilleul et al., 2005). Le maintien d’un niveau élevé d’antioxydants semble aussi un facteur prévenant l’apparition des lésions liées au froid chez le pois ou des plantes de blé soumis à la sécheresse (Kuraishi et al., 1968; Maciejewska & Kacperska, 1987; Zagdanska, 1990; Zagdanska & Kozdoj, 1994).

93 Les enzymes PARP qui sont induites par les stress sont des consommateurs majeurs de NAD puisque ces enzymes transfèrent des unités d’ADP-ribose aux protéines, libérant du nicotinamide et formant de longues chaînes d’ADP-ribose toxiques et induisant la mort cellulaire (Andrabi et al., 2006) avec une déplétion simultanée de l’ATP (Amor et al., 1998). Des lignées RNAi avec des niveaux d’activité PARP diminués ont une meilleure efficacité d’utilisation énergétique (EUE pour « Energy Use Efficiency ») en réduisant leur respiration mitochondriale et leur niveau de ROS, ce qui en fin de compte augmente leur tolérance aux stress abiotiques (De Block et al., 2005). Les transcrits PARP1 et PARP2 s’accumulent en réponse à des stress génotoxiques comme les rayons gamma et les ROS (Amor et al., 1998; Babiychuk et al., 2001; Doucet-Chabeaud et al., 2001). Il semble que selon la gravité des dommages causés par le stress, les PARP peuvent protéger ou aggraver les dommages à l’ADN (Briggs & Bent, 2011). Une faible activation des PARP conduirait à une protection alors qu’une forte activation conduirait à la mort cellulaire (Amor et al., 1998; Ogawa et al., 2009). Bien que les mécanismes restent incertains, le niveau de polyADP-ribose, synthétisé à partir du NAD est proportionnel à la sévérité du stress (Leist et al., 1997; Ha & Snyder, 1999). Il est intéressant de noter qu’une diminution des PARP augmente la tolérance au stress, possiblement en raison d’une diminution de la consommation de NAD (De Block et al., 2005). La diminution de la consommation de NAD pourrait influencer le métabolisme et la transduction de signaux comme ceux liées à l’ABA (Vanderauwera et al., 2007). En effet, la synthèse d’ABA consomme du NADP(H) (Barrero et al., 2005; Gonzalez-Guzman et al., 2012). Les autres enzymes consommant le NAD sont aussi impliquées dans la réponse aux stress abiotiques. Ainsi, des plantes de riz qui surexpriment une Sirtuine SRT2 de riz, OsSRT1, sont rendues plus résistantes au stress oxydant alors qu’une sous-expression du même gène induit la mort cellulaire, probablement en lien avec une activation des éléments transposables (Huang et al., 2007). Chez Arabidopsis thaliana, GFG1 (pour « growth factor gene 1 ») est une Nudix hydrolase porteuse de l’activité ADP-ribose pyrophosphatase. Elle est essentielle à la réponse aux stress abiotiques, probablement parce qu’elle dégrade les polymères d’ADP-ribose formés pendant les stress (Jambunathan & Mahalingam, 2006).

94 Le NADPH est un important porteur de pouvoir réducteur en particulier pour les systèmes de défense antioxydants. Chez le riz, les différentes NAD kinases sont induites de façon variable par de multiples stress abiotiques et les promoteurs des gènes NAD kinase comportent des domaines répondant à la chaleur, la sécheresse (Li et al., 2014). Chez Arabidopsis thaliana, le NADPH cytosolique est produit par la NAD kinase 3 (Chai et al., 2006), et un mutant pour cette NADK3 rend les plantes plus sensibles au stress oxydant. Les NAD kinase cytosoliques 1 et 3 sont induites par l’exposition aux stress abiotiques comme les stress induits par le méthyle-viologène, une forte salinité ou un choc osmotique (Berrin et al., 2005; Chai et al., 2006). Chez le pois, l’activité NAD kinase calmoduline (CaM)-dépendante est connue pour être induite par un stress froid (Ruiz et al., 2002). Une plus forte sensibilité aux stress oxydants a été observée dans des plants déficients en NAD kinases (Berrin et al., 2005; Chai et al., 2005; Chai et al., 2006) en réponse à la salinité et la sécheresse (Zagdanska, 1990).

Parce que le générateur majeur de ROS chez les plantes est l’activité NADPH oxydase, les niveaux de NADPH peuvent être limitants pour la génération de ROS dans certains cas (Torres et al., 2002; Kawai & Murata, 2008). Une étude a montré que chez des plantes de tomates les NADPH oxydases sont impliquées dans la réponse aux blessures (Sagi & Fluhr, 2006). Une autre étude a montré que les NADPH oxydases sont nécessaires à la génération rapide et systémique de ROS induite par des blessures et que les ROS s’accumulent dans l’apoplaste des cellules à distance du site de blessure, suggérant que les NADPH oxydases sont impliquées dans la propagation des ROS (Miller et al., 2009). Les NADPH oxydases sont aussi impliquées dans la cascade de signalisation induite par la stimulation mécanique des poils absorbants (Monshausen et al., 2009). Il a été montré que l’ABA induisait l’expression des NADPH oxydases D et F pendant un stress osmotique dans les cellules de garde et que ces NADPH oxydases étaient indispensables à la fermeture des stomates ABA-dépendante et aussi influencée par les brassinostéroïdes (Kwak et al., 2003; Xia et al., 2009). La NaMNAT est aussi fortement exprimée dans les cellules de garde des stomates afin de fournir le NAD(P)/H en quantité suffisante pour produire des ROS via les NADPH oxydases. La sous-expression de la NaMNAT entraîne des niveaux de NAD et de ROS insuffisants pour assurer la fermeture des stomates (Hashida et al., 2010). En outre, la quantité de NAD produite sous l’action

95 de la NaMNAT permet de protéger les cellules du stress oxydant généré par la signalisation dépendante de l’ABA dans les stomates (Hashida et al., 2010). Le NAD régénéré par la NaMNAT participe à la productions de ROS qui stimulent la production d’ABA (Kwak et al., 2003) laquelle active le clivage du NAD en cADPR. Ce dernier déclenche une signalisation calcique indispensable à la fermeture des stomates (Leckie et al., 1998; Allen et al., 2001).

E- Le rôle central de l’homéostasie du NAD dans la croissance, le