Identification de gènes conservés associés à l'homéostasie du zinc chez Angiospermes

Abstract

La carence en zinc (Zn) affecte autant les monocotylées que les eudicotylées. Cependant, à cause de leurs différences anatomiques et de leurs interactions différentes avec les métaux, les mécanismes de base de l'homéostasie du Zn sont difficilement transposables à partir des espèces modèles utilisées chez les eudicotylées et les monocotylées, Arabidopsis thaliana et Oryza sativa respectivement. La diversité entre les groupes taxonomiques mais également au sein de ceux-ci est grande et montre l'importance de considérer plusieurs espèces en même temps pour élucider les acteurs conservés de l'homéostasie du Zn. Certains gènes conservés dans cette homéostasie ont déjà été découverts chez toutes les plantes, par exemple les transporteurs de la famille ZIP. Ces découvertes suggèrent la présence de mécanismes et d'acteurs conservés dans l'absorption et le transport du Zn.

Afin d'identifier les gènes conservés impliqués dans l'homéostasie du Zn chez les Angiospermes, des données transcriptomiques publiques et non publiées provenant de 4 espèces exposées à une carence en Zn ont été utilisées : A. thaliana et G. max, appartenant aux eudicotylées, ainsi que Z. mays et O. sativa, appartenant aux monocotylées. Différents seuils de détection ont été utilisés pour identifier les gènes différentiellement exprimés en cas de carence en Zn dans ces 4 espèces, afin de créer des groupes de gènes orthologues, dans lesquelles chaque gène est orthologue de tous les autres. Ensuite, en se basant sur le principe de "coupable par association", les groupes orthologues ont été introduits dans des réseaux de co-expression génique et d'interactions protéiques afin d'identifier leurs voisins, également potentiellement impliqués dans l'homéostasie du Zn afin de construire une liste plus élargie de groupes orthologues.

Cette approche a permis d'identifier plusieurs gènes conservés impliqués dans la réponse à la carence en Zn chez les 4 espèces. Parmi eux, on retrouve des gènes codant pour des protéines déjà reconnues pour leur implication dans la carence en Zn, tels que des transporteurs de Zn (ZIP) et des chélateurs de Zn (NAS), validant ainsi l'approche utilisée. Des gènes codant pour des transporteurs de nitrate (NRT2.1, NRT2.2 et NRT2.4) et répondant à la carence en Zn ont également été identifiés. Ce travail a également conduit à l'identification de deux gènes supplémentaires : (i) EARLY NODULIN 93, jouant potentiellement un rôle clé dans les interactions entre l'homéostasie du Zn et de l'azote, et (ii) un gène de fonction inconnue. Ces résultats suggèrent donc des interactions entre les mécanismes régissant l'homéostasie du Zn et du nitrate mais fournissent également de nouveaux gènes candidats impliqués dans des mécanismes encore inconnus.