Mise au point d’une technique de visualisation de la distribution du phosphate
directement au cœur des tissus végétaux

Une méthode colorimétrique, permettant la détection visuelle de la distribution intracellulaire du phosphate chez les plantes, a été mise au point par une collaboration franco-chinoise associant une équipe du BIAM. Cette méthode nommée IOSA met en évidence la répartition inégale du phosphate inorganique dans les tissus cellulaires, ouvrant de séduisantes perspectives pour le secteur de la physiologie végétale.
Vue d'ensemble de la distribution cellulaire du Pi dans les feuilles

Le phosphate, vital pour les végétaux, est directement assimilable par les plantes grâce à son pouvoir de solubilité dans l’eau. Il est néanmoins présent en très faible quantité dans les sols, justifiant l’emploi massif d’engrais par le secteur agricole. Pour optimiser son utilisation, les scientifiques cherchent à mieux visualiser son absorption et sa répartition dans les tissus végétaux.

De ce fait, la palette d’outils actuelle1 n’offre pas aux scientifiques de méthodes simples et efficaces de détection du phosphate. Les principales méthodes actuellement disponibles proposent des dosages biochimiques qui impliquent le broyage des échantillons et ne conservent donc pas l’intégrité des tissus. Un marqueur fluorescent biologique2 existe également mais il implique la création de lignées transgéniques. Or, toutes les espèces ne sont pas transformables et son utilisation reste limitée au périmètre des laboratoires.

En revanche, l’usage d’isotopes radioactifs (33P ou 32P) en radio-imagerie permet l’étude des mouvements de cet ion au sein des plantes3 et 4 mais il n’est guère possible de distinguer les formes de phosphates inorganiques des formes métabolisées.

Dépassant les limites posées par ces outils, cette collaboration scientifique a mis au point une technique colorimétrique3 simple et efficace : les échantillons sont baignés dans des solutions qui révèlent spécifiquement les zones de répartition du phosphate présent dans les cellules. IOSA offre ainsi une résolution cellulaire semi quantitative de sa distribution au sein des différents organes et permet de comparer les quantités présentes dans divers échantillons. Cette méthode a révélé la distribution non homogène de cet ion chez les plantes, mettant la lumière sur l’importance des assises cellulaires entourant les tissus conducteurs du riz, structures essentielles pour la distribution des nutriments des plantes.

IOSA a également eu du succès pour la sélection de mutants présentant des modifications de distribution du phosphate. L’ensemble de ces résultats ouvrent d’excitantes perspectives d’amélioration des connaissances dans le secteur de la nutrition végétale ainsi que dans celui de la création variétale.

Vue d'ensemble de la distribution cellulaire du Pi dans les feuilles

1             https://doi.org/10.1093/pcp/pcv208 Performance and Limitations of Phosphate Quantification: Guidelines for Plant Biologists

2             https://doi.org/10.1104/pp.114.254003 Live Imaging of Inorganic Phosphate in Plants with Cellular and Subcellular Resolution 

3             https://doi.org/10.1098/rstb.2011.0229 Development of real-time radioisotope imaging systems for plant nutrient uptake studies

4             https://doi.org/10.7554/eLife.14577 A novel role for the root cap in phosphate uptake and homeostasis

Collaboration Franco-chinoise

State Key Laboratory of Efficient Utilization of Arid and Semi-arid Arable Land in Northern China/Key Laboratory of Plant Nutrition and Fertilizer, Ministry of Agriculture, Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China.

National Engineering Research Center of Tree Breeding and Ecological Restoration, College of Biological Sciences and Technology, Beijing Forestry University, Beijing 100083, P.R. China.

Aix Marseille Univ, CEA, CNRS, BIAM, UMR7265, EBMP (Environnement, Bioénergies, Microalgues et Plantes), F-13115 Saint-Paul lez Durance, France.

State Key Laboratory of Subtropical Silviculture, Zhejiang A&F University, Hangzhou 311300, China.

Auteurs

M. Guo , W. Ruan , R. Li , Lei Xu , S. Hani , Q. Zhang , P. David , L. Nussaume , J. Ren , B. Zheng, K Yi.

Plus d’information… Nature plants: Visualizing plant intracellular inorganic orthophosphate distribution doi.org/10.1038/s41477-023-01612-9