Chez les plantes, la carence en sucre ou la carence en phosphate déclenchent une cascade de réponses à l'échelle d'un ou de plusieurs jours, y compris l'autophagie cellulaire partielle, contrôlée et réversible. Cependant, jusqu'à présent, l'existence de signaux métaboliques précoces pouvant être à l'origine de cette réponse cellulaire n'a pas été étudiée.

En utilisant la RMN in vivo, des chercheurs de l'équipe Metals de notre laboratoire sont en mesure d'analyser l’évolution des métabolites hydrophiles et des pH intra-cellulaires directement dans les compartiments sub-cellulaires (cytosol, plaste, mitochondrie, vacuole Image ci-dessous) et avec une résolution temporelle de l'ordre de la minute. La RMN in vivo permet ainsi de suivre les flux de métabolites, les stocks de composés et leur compartimentation dans la cellule.

Les cellules végétales répondent dans les 2 à 3 minutes qui suivent le début de la carence en sucre ^[1] ou en phosphate ^[2], et les profils métaboliques de ces cellules sont profondément modifiés.

Concernant la carence en sucres, bien que la cellule en contienne plusieurs dizaines de mM, ils sont essentiellement stockés dans la vacuole. Les concentrations de sucres dans le cytosol sont faibles, correspondant à moins de 0,5 mM de saccharose dans des cellules végétales hétérotrophes d'érable. En cas de carence en sucre, les réserves cytosoliques de sucres sont épuisées rapidement. La restitution de sucres à partir de la vacuole et des plastes intervient avec retard et est insuffisante pour alimenter le métabolisme cellulaire, en particulier sur le très court terme après le début de la carence. La cellule ajuste alors à la fois la disponibilité et les besoins en sucres en métabolisant ses sucres phosphorylés cytosoliques et en réduisant son activité métabolique. Ces phénomènes sont accompagnés de la libération de phosphate inorganique qui s’accumule de façon transitoire dans le cytosol avant d’affluer dans la vacuole, de l'augmentation de la concentration des nucléotides triphosphate et de l'augmentation du pH cytosolique (Figure ci-dessous).

Ces travaux montrent que la réponse de la cellule végétale à une carence en sucre ou en phosphate survient après quelques minutes dans le compartiment cytosolique et est de nature métabolique. Si l'homéostasie cytoplasmique est une réalité, l'homéostasie cytosolique quant à elle est un mythe. Les changements métaboliques importants suivant l’épuisement des sucres cytosoliques pourraient constituer des premiers signaux endogènes, bien avant les premiers réajustements transcriptionnels, qui contribueraient à déclencher la réponse cellulaire contrôlée au stress.