La carence en azote (N) affecte d'abord les systèmes d'absorption et d'assimilation de N des plantes. Le nitrate, principale source d'azote végétal, est absorbé et transporté par des transporteurs de nitrate. Le nitrate peut être métabolisé directement dans les racines après absorption et stocké dans la vacuole, mais la plupart des nitrates sont transportés vers les parties aériennes des plantes. Les métabolismes de l'azote et du carbone (C) sont étroitement liés chez les plantes. La carence en N affecte non seulement l'absorption et l'assimilation de N, mais également l'assimilation de C, en particulier la photosynthèse. La dégradation des protéines pour le recyclage de N aide les plantes à s'adapter à la carence en N.

L'autophagie est l'une des voies de dégradation et de recyclage les plus importantes pour les protéines et les organites cytoplasmiques, et elle joue un rôle essentiel dans le recyclage et la remobilisation des nutriments en cas de famine. Dans des conditions restreintes en N, Rubisco peut être transféré dans la vacuole et dégradé par un processus autophagique dépendant du gène lié à l'autophagie (ATG). Bien que la fonction de l'autophagie dans le recyclage interne de N ait été largement étudiée, la manière dont l'autophagie influence l'absorption et l'assimilation de N et les processus d'assimilation de C reste à étudier.

Récemment, des scientifiques de l'Université agricole du Hunan et de l'Université agricole du Zhejiang ont rapporté que la voie autophagique contribue à une faible tolérance à l'azote (LN) en optimisant l'absorption et l'utilisation de l'azote dans la tomate. Premièrement, les auteurs ont découvert que les mutants de l'autophagie de la tomate (atg6, atg10 et atg18a) sont hypersensibles au stress LN.

Les auteurs ont ensuite utilisé des mutants knock-out ATG6 (atg6) et des plantes de surexpression (ATG6-OE) pour analyser plus en détail les fonctions biologiques de l'autophagie dans des conditions LN et ont découvert que l'autophagie dépendante d'ATG6 était essentielle pour la réponse de la tomate aux conditions limitées en N. Comparés aux plantes WT, les mutants atg6 avaient une biomasse et une teneur en chlorophylle plus faibles et une formation d'autophagosomes considérablement réduite après un traitement de stress LN, tandis que les plantes ATG6-OE avaient une biomasse et une teneur en chlorophylle plus élevées et une plus grande induction de la formation d'autophagosomes.

Sous le stress LN, les teneurs en N des pousses et des racines des plantes atg6 et ATG6-OE étaient significativement inférieures et supérieures, respectivement, à celles des plantes WT. L'expression induite par LN des gènes transporteurs de nitrate NRT1.1 et NRT2.1 était complètement compromise dans atg6, alors que leur expression était plus élevée dans les plantes ATG6-OE que dans les plantes WT. Après le traitement du stress LN, les activités de la nitrate réductase et de la nitrite réductase dans les feuilles des mutants knock-out ATG6 et des plantes ATG6-OE ont été diminuées et augmentées à des degrés différents, respectivement, par rapport aux plantes WT.

Ces données indiquent que l'autophagie est impliquée dans le transport et l'assimilation de N dans des conditions LN. Une analyse plus approfondie a montré que l'autophagie dépendante d'ATG6 favorise l'assimilation de N et de C et contribue ensuite à la croissance des plantes sous stress LN. Des expériences de greffage dans lesquelles des mutants knock-out ATG6 ont été greffés avec des plantes WT en tant que greffons ou porte-greffes ont en outre suggéré que l'autophagie dépendante d'ATG6 augmente systématiquement le métabolisme de l'azote, la photosynthèse et la croissance des plantes dans des conditions LN. Ce travail a été publié dans la revue Horticulture Research .

"Nos résultats révèlent de nouvelles fonctions d'autophagie, c'est-à-dire la régulation de l'absorption et de l'utilisation de N ainsi que l'assimilation de C, en plus du recyclage et de la remobilisation des nutriments dans la tomate sous stress LN", ont déclaré les auteurs. "L'amélioration intentionnelle de l'autophagie peut être une stratégie bénéfique pour améliorer la croissance et le rendement des cultures dans des conditions déficientes en azote."