Exploration fonctionnelle d'aquaporines par modélisation structurale. Impact sur les conductances hydriques foliaires chez le peuplier

Les Aquaporines (AQPs) constituent une famille de protéines transmembranaires impliquées dans le transport de l’eau et d’autres petites molécules polaires. Essentielles au maintien des équilibres chimiques des cellules, elles sont conservées dans tous les embranchements du vivant et forment une famille ancienne, étendue et diverse. Cette diversité est particulièrement frappante chez les plantes qui arborent souvent plusieurs dizaines d’homologues d’AQPs dans leur génome. Malgré une base de connaissances solides sur les mécanismes moléculaires du fonctionnement et des régulations des AQPs, la conservation et l’expression d’un certain nombre de gènes de ces homologues témoignent d’une diversité fonctionnelle encore incomprise à ce jour. Chez le peuplier, plante “modèle” et sujet d’étude central de nos recherches, cette énigme s’illustre très clairement en contexte de sécheresse. Dans les feuilles en carence hydrique sévère, les gènes d’une dizaine d’homologues d’AQPs strictes qui sur la base des connaissances actuelles fonctionnent et sont régulés de manière identique, sont différentiellement exprimés dans le même référentiel de temps. De plus, la moitié d’entre eux est sur-exprimée tandis que l’autre est sous-exprimée. C’est dans l’optique de relier cette diversité génétique à une diversité fonctionnelle que nous avons décidé d’étudier le mécanisme de transport de l’eau au travers des AQPs à l’échelle atomique par modélisation moléculaire en nous focalisant sur le cas d’étude des feuilles de peuplier en carence hydrique. En s’appuyant sur des structures cristallographiques d’AQPs humaine, bactérienne et végétales, cette étude nous a permis : (i) de mettre en lumière une diversité fonctionnelle nouvelle au sein des AQPs strictes, (ii) de proposer une correction du coefficient de perméabilité osmotique (pf), indicateur communément utilisé pour caractériser les AQPs, (iii) de proposer un mécanisme moléculaire de cette diversité, (iv) de contextualiser ce mécanisme dans la diversité génétique chez le peuplier en carence hydrique (v) d’étendre ce concept à l’ensemble de la famille AQP. De manière parallèle, des résultats préliminaires autour d’un autre mécanisme de régulation des AQPs végétales faisant intervenir une boucle intra-cellulaire ainsi que l’étude de la diversité de cette famille chez Trichoderma spp. nous a également permis : (i) d’ouvrir des pistes de recherche annexes et (ii) d’unifier les travaux de l’équipe pour proposer un archétype fonctionnel d’AQP.