Un financement européen pour changer de regard sur le langage des cellules végétales

L’éléphant dans la pièce, Emmanuelle Bayer l’a remarqué, et il prend la forme d’un réseau de membranes à l’intérieur des cellules des plantes : le réticulum endoplasmique. Derrière cette structure biologique, se cachent peut-être de nombreuses réponses sur la capacité des cellules végétales à communiquer entre elles. Emmanuelle Bayer, directrice de recherche CNRS en biologie végétale et qui travaille au Laboratoire de Biogénèse Membranaire , en fera son objet d’étude pour les 5 prochaines années. Elle vient d’obtenir pour cela un financement du Conseil européen de la recherche (ERC) de 3,4 millions d’euros pour son projet ER-Connect. 

Le formidable réseau de communication des cellules

Le réseau de communication des cellules des plantes est en réalité assez unique. Toutes les cellules sont connectées entre elles à travers des centaines, voire des milliers de petits canaux membranaires, qui leur permettent d’échanger de l’information. Par exemple, prévenir une cellule voisine de son identité ou alerter le système qu’une racine est piégée dans un sol sec, sont autant de messages qui permettent à une plante d’orchestrer ses réponses multicellulaires pour assurer son développement. « Sans ce réseau de communication, une plante n’est pas viable. Rien ne pousse. Et si cela fonctionne mal, la plante ne peut pas adapter sa croissance aux challenges climatiques, coordonner les réponses de défense aux pathogènes, ou ne reçoit tout simplement pas les produits de la photosynthèse », explique Emmanuelle Bayer qui s’intéresse à cette question depuis de nombreuses années.

Lors de ses travaux sur les plasmodesmes, sorte de petits canaux qui relient chaque cellule entre elles, elle découvre que le réticulum endoplasmique, un réseau de membranes qui leur est connecté, est nécessaire à leur formation. Mieux, certaines protéines fixées dessus régulent en réalité les échanges d’information entre cellules. « Et si le réticulum endoplasmique jouait un rôle très important dans la communication intercellulaire ? C’est un élément qui a toujours été sous nos yeux, mais que personne n’a vraiment intégré de manière frontale dans ses travaux. Pourquoi est-il continu de cellule à cellule chez les plantes ? Qu’est-ce que cela apporte en termes de régulation de la communication entre les cellules ? » questionne la scientifique. 

Changer de regard pour ouvrir de nouvelles voies

Pendant 5 ans, Emmanuelle Bayer va étudier ce réticulum endoplasmique avec pour plante modèle Arabidopsis. La « mauvaise herbe », appréciée des scientifiques pour la rapidité de son cycle de reproduction, va passer au crible des expériences et des microscopes de la chercheuse. « On va soumettre les plantes à certains stress, et essayer d’identifier des éléments régulateurs qui seraient liés à ce réticulum endoplasmique. On va ensuite les modifier pour voir comment la plante et son réseau de communication répondent », indique Emmanuelle Bayer. De nombreux aspects de ce réticulum endoplasmique seront scrutés : sa machinerie protéique, dont le rôle actif a récemment été identifié ; son organisation à proximité des plasmodesmes ; son implication dans la synthèse et métabolisme des lipides ou plus largement, son rôle comme continuum de cellule à cellule.  

Au-delà de la révolution conceptuelle qui consiste à étudier pour la première fois, et de manière systématique, le rôle de cet objet biologique dans la communication intercellulaire, la levée de certains verrous techniques permettra de regarder le mouvement des molécules entre cellules. « Une grande partie des recherches se fera en collaboration avec le Bordeaux Imaging Center  pour bénéficier de leur expertise et de leurs microscopes de pointe, c’est un centre de référence international en matière de microscopie. On va également en acquérir un spécialement dimensionné pour les plantes et les pointes racinaires », précise la spécialiste. Avec ce nouveau matériel, Emmanuelle Bayer pourra étudier les plantes à la verticale, pour rester le plus fidèle possible à leurs conditions de croissance naturelles. Elle suivra la réponse des plantes à court et long terme. Mais pour des analyses plus poussées, elle fera appel à une plateforme d’imagerie en cryomicroscopie électronique située à Lausanne, en Suisse ; ainsi qu’à un laboratoire parisien pour modéliser le transport des molécules à travers les plasmodesmes et étudier la dynamique moléculaire des éléments régulateurs de cette communication.

Dans le cadre de son projet, Emmanuelle Bayer espère également cartographier toutes les cellules des pointes racinaires, leur position, leurs connexions, pour voir comment la modification des conditions de croissance impacte ces cellules et leurs capacités à communiquer. « En 5 ans, je vais peut-être identifier des régulateurs du réticulum endoplasmique, mettre en avant certaines fonctionnalités de ce réseau pour la communication des cellules entre elles, mais l’objectif c’est d’ouvrir un nouveau champ à la communauté scientifique, même au-delà de la biologie végétale, car ça peut être un changement conceptuel même pour la biologie animale, confie Emmanuelle Bayer avec élan. Autrement dit, on va peut-être comprendre comment ce réseau membranaire, qu’est le réticulum endoplasmique, peut coordonner les réponses cellulaires au niveau multicellulaire. »

La vocation inavouée d’une chercheuse dans l’âme

Observer les cellules des plantes, comprendre leurs modes de communication, et le faire dans le cadre de projet de recherche fondamentale, cela semblait inaccessible à Emmanuelle Bayer. Son chemin n’étant pas encore tout tracé après sa licence en sciences de la vie obtenue à l'Université de Poitiers, elle rejoint l’École nationale supérieure de technologie des biomolécules de Bordeaux (ENSTBB). « J’aimais bien l’université et la recherche fondamentale, mais je me disais qu’il n’y avait que les gens intelligents qui faisaient ça de leur vie, et je ne me mettais pas dans cette catégorie, raconte-t-elle en rigolant Et puis je ne voyais pas beaucoup de femmes autour de moi qui avaient pris ce chemin, ça ne m'aidait pas à me projeter. »,. Rapidement, elle réalise que la qualité, le contrôle, la production de molécule ne l’intéressent pas. Mais par chance, elle suit ses cours directement au sein du Laboratoire de Biogénèse Membranaire qui étudie les plantes, un modèle qu’elle trouve fascinant. 

À l’aise dans cet environnement, elle établit rapidement des contacts qui l’encouragent à faire de la recherche. Après l’obtention de son diplôme d’ingénieur en biotechnologie, elle réalise une thèse en biologie végétale sur les plasmodesmes à l'Université d'East Anglia au John Innes Centre à Norwich, à une époque où on ne connaissait encore rien de ces objets biologiques. « Je suis parti à l’étranger faire une thèse et un postdoctorat, en me disant que je m’offrais quelques années de plaisir à faire de la science avant de sauter dans le monde du travail. Intégrer le monde de la recherche me semblait toujours impossible », ajoute la chercheuse.

Mais en 2010, après son passage à l’Institut des Sciences Végétales de Berne, en Suisse, ses relations bordelaises la rattrapent. Elle est conviée par un ancien camarade, l’actuel directeur de son unité, Sébastien Mongrand, à venir présenter ses travaux au Laboratoire de Biogénèse Membranaire qui lui soumet l’idée de se présenter aux concours du CNRS. « Même si la mentalité du CNRS m’avait toujours parlé, avec cette grande liberté dans les thématiques de recherche, j’avais peur de m’enfermer dans un parcours sans fin à passer des concours sans les obtenir. Au final, je me suis quand même présenté et j’ai été retenue dès le premier essai ! » se rappelle Emmanuelle Bayer. 

Oser pour atteindre l’excellence

Elle rejoint officiellement le Laboratoire de Biogenèse Membranaire en 2010 en tant que chargée de recherche au CNRS avec la volonté de monter rapidement sa propre équipe. Emmanuelle Bayer obtient des premiers financements de l’Agence nationale de la recherche (ANR) en 2014, sans tenter de déposer en parallèle un projet au Conseil européen de la recherche (ERC) dans le cadre du programme Starting, dédié aux jeunes chercheurs et chercheuses. 

En 2018, la chercheuse ose, dépose et obtient une ERC Consolidator Grant pour son projet BRIDGING. « J’ai pris conscience qu’on ne peut pas aborder des questions scientifiques ambitieuses sans gros financements. J’avais envie d’aborder des questions plus complexes, intégrées et plus globales », explique Emmanuelle Bayer. Elle obtient dans ce cadre des résultats prometteurs sur la communication intercellulaire des plantes qu’elle publie dans de grandes revues scientifiques. Elle ouvre ainsi un nouveau champ de recherche en révélant le rôle actif du réticulum endoplasmique dans la communication intercellulaire végétale, champ qu’elle compte bien investir dans son nouveau projet. Elle a reçu pour ses travaux la médaille de bronze du CNRS en 2018, puis la médaille d'argent du CNRS en 2026.

Depuis 2024, elle est directrice adjointe du Bordeaux Imaging Center (BIC) et codirige aujourd'hui son équipe avec deux jeunes chercheuses permanentes : Marija Smokvarska, chargée de recherche CNRS, et Hortense Moreau, maîtresse de conférences à l'Université de Bordeaux. « En tout, c’est plusieurs années de recherche qui vont continuer de s’écrire avec ce nouveau projet ER-Connect. Et c’est en grande partie dû aux valeurs communes, à l’entraide et à l’environnement stimulant et bienveillant que m’a offerts mon laboratoire, mais aussi les ingénieurs du Bordeaux Imaging Center, toujours enthousiastes à l’idée de partager leur expertise autour de mes projets de recherche. Ce sont ces valeurs-là que je souhaite avant tout transmettre aux jeunes générations », conclut Emmanuelle Bayer, prête à relever les nouveaux défis scientifiques qui se présentent à elle.