Single mutations in the transmembrane domains of maize plasma membrane aquaporins affect the activity of the monomers within a heterotetramer.

Aquaporins are channels facilitating the diffusion of water and/or small uncharged solutes across biological membranes. They assemble as homotetramers but some of them also form heterotetramers, especially in plants. In Zea mays, aquaporins belonging to the Plasma membrane Intrinsic Protein (PIP) subfamily cluster into two groups, PIP1 and PIP2, which exhibit different water channel activities when expressed in Xenopus oocytes. When PIP1 and PIP2 isoforms are co-expressed, they physically interact to modulate their subcellular localization and channel activity. Here, we demonstrated by affinity chromatography purification that, when co-expressed in oocytes, the maize PIP1;2 and PIP2;5 isoforms assemble as homo- and heterodimers within heterotetramers. We built the 3D structure of such heterotetramers by comparative modeling on the basis of the spinach So PIP2;1 X-ray structure and identified amino acid residues in the transmembrane domains which putatively interact at the interfaces between monomers. Their role in the water channel activity, subcellular localization, protein abundance, and physical interaction was investigated by mutagenesis. We highlighted single residue substitutions that either inactivated PIP2;5 or activated PIP1;2 without affecting their interaction. Interestingly, the Phe220Ala mutation in the transmembrane domain 5 of PIP1;2 activated its water activity and, at the same time, inactivated PIP2;5 within a heterotetramer. Altogether, these data contribute to a better understanding of the interaction mechanisms between PIP isoforms and the role of heterotetramerization on their water channel activity

Maize plasma membrane aquaporin ZmPIP2;5, but not ZmPIP1;2, facilitates transmembrane diffusion of hydrogen peroxide

Plant aquaporins play important roles in transmembrane water transport processes, but some also facilitate the diffusion of other small uncharged solutes ranging from gases to metalloids. Recent evidence suggests that the transmembrane movement of hydrogen peroxide, an intra- and intercellular multifunctional signaling and defense compound, can be regulated by aquaporins. We addressed the question whether maize aquaporins belonging to the plasma membrane intrinsic protein (PIP) subfamily facilitate hydrogen peroxide diffusion using heterologous expression in the yeast Saccharomyces cerevisiae. We showed that ZmPIP proteins belonging to the PIP1 and PIP2 groups were significantly expressed in yeast cells only after codon optimization of their cDNA. In accordance with previous localization studies in oocytes and plants, ZmPIP1;2 was mainly retained in intracellular membranes, while ZmPIP2;5 was localized to the plasma membrane. However, upon co-expression with ZmPIP2;5, ZmPIP1;2 was re-localized to the plasma membrane. Using a non-functional plasma membrane-localized ZmPIP2;5 mutant to deliver ZmPIP1;2 to the plasma membrane, we demonstrated that, in contrast to wild type ZmPIP2;5, ZmPIP1;2 was not permeable to hydrogen peroxide. Our study further highlighted the fact that, when using the yeast system, which is widely employed to study substrates for plant aquaporins and other transporters, although positive transport assay results allow direct conclusions to be drawn regarding solute permeability, negative results require additional control experiments to show that the protein is expressed and localized correctly before concluding on the lack of transport activity

Impacts of neonicotinoids on biodiversity: a critical review

International audienceNeonicotinoids are the most widely used class of insecticides in the world but they have raised numerous concerns regarding their effects on biodiversity. Thus, the objective of this work was to do a critical review of the contamination of the environment (soil, water, air, biota) by neonicotinoids (acetamiprid, clothianidin, imidacloprid, thiacloprid, thiamethoxam) and of their impacts on terrestrial and aquatic biodiversity. Neonicotinoids are very frequently detected in soils and in freshwater, and they are also found in the air. They have only been recently monitored in coastal and marine environments, but some studies already reported the presence of imidacloprid and thiamethoxam in transitional or semi-enclosed ecosystems (lagoons, bays and estuaries). The contamination of the environment leads to the exposure and to the contamination of non-target organisms, and to negative effects on biodiversity. Direct impacts of neonicotinoids are mainly reported on terrestrial invertebrates (e.g., pollinators, natural enemies, earthworms) and vertebrates (e.g., birds), and on aquatic invertebrates (e.g., arthropods). Impacts on aquatic vertebrate populations and communities, as well as on microorganisms, are less documented. In addition to their toxicity to directly exposed organisms, neonicotinoid induce indirect effects via trophic cascades as demonstrated in several species (terrestrial and aquatic invertebrates). However, more data are needed to reach firmer conclusions and to get a clearer picture of such indirect effects. Finally, we identified specific knowledge gaps that need to be filled to better understand the effects of neonicotinoids on terrestrial, freshwater and marine organisms, as well as on ecosystem services associated with these biotas

A conserved cysteine residue is involved in disulfide bond formation between plant plasma membrane aquaporin monomers.

AQPs (aquaporins) are conserved in all kingdoms of life and facilitate the rapid diffusion of water and/or other small solutes across cell membranes. Among the different plant AQPs, PIPs (plasma membrane intrinsic proteins), which fall into two phylogenetic groups, PIP1 and PIP2, play key roles in plant water transport processes. PIPs form tetramers in which each monomer acts as a functional channel. The intermolecular interactions that stabilize PIP oligomer complexes and are responsible for the resistance of PIP dimers to denaturating conditions are not well characterized. In the present study, we identified a highly conserved cysteine residue in loop A of PIP1 and PIP2 proteins and demonstrated by mutagenesis that it is involved in the formation of a disulfide bond between two monomers. Although this cysteine seems not to be involved in regulation of trafficking to the plasma membrane, activity, substrate selectivity or oxidative gating of ZmPIP1s (Zm is Zea mays), ZmPIP2s and hetero-oligomers, it increases oligomer stability under denaturating conditions. In addition, when PIP1 and PIP2 are co-expressed, the loop A cysteine of ZmPIP1;2, but not that of ZmPIP2;5, is involved in the mercury sensitivity of the channels.Journal ArticleResearch Support, Non-U.S. Gov'tSCOPUS: ar.jinfo:eu-repo/semantics/publishe

The grape aquaporin VvSIP1 transports water across the ER membrane.

Water diffusion through biological membranes is facilitated by aquaporins, members of the widespread major intrinsic proteins (MIPs). In the present study, the localization, expression, and functional characterization of a small basic intrinsic protein (SIP) from the grapevine were assessed. VvSIP1 was expressed in leaves and berries from field-grown vines, and in leaves and stems from in vitro plantlets, but not in roots. When expressed in tobacco mesophyll cells and in Saccharomyces cerevisiae, fluorescent-tagged VvSIP1 was localized at the endoplasmic reticulum (ER). Stopped-flow spectroscopy showed that VvSIP1-enriched ER membrane vesicles from yeast exhibited higher water permeability and lower activation energy for water transport than control vesicles, indicating the involvement of protein-mediated water diffusion. This aquaporin was able to transport water but not glycerol, urea, sorbitol, glucose, or inositol. VvSIP1 expression in Xenopus oocytes failed to increase the water permeability of the plasma membrane. VvSIP1-His-tag was solubilized and purified to homogeneity from yeast ER membranes and the reconstitution of the purified protein in phosphatidylethanolamine liposomes confirmed its water channel activity. To provide further insights into gene function, the expression of VvSIP1 in mature grapes was studied when vines were cultivated in different field conditions, but its transcript levels did not increase significantly in water-stressed plants and western-exposed berries. However, the expression of the aquaporin genes VvSIP1, VvPIP2;2, and VvTIP1;1 was up-regulated by heat in cultured cells

Impacts des produits phytopharmaceutiques sur la biodiversité et les services écosystémiques. Synthèse de l’expertise scientifique collective

Chaque année, entre 55 000 et 70 000 tonnes de substances actives phytopharmaceutiques, incluant celles utilisables en agriculture biologique et de biocontrôle, sont vendues sur le territoire français métropolitain et d’outre-mer et sont utilisées pour la protection des cultures ou l’entretien des jardins, espaces végétalisés et infrastructures (JEVI). Dans le même temps, le rapport sur l’évaluation mondiale de la biodiversité et des services écosystémiques établi en 2019 par la Plateforme intergouvernementale scientifique et politique sur la biodiversité et les services écosystémiques (IPBES) dresse le bilan alarmant d’une érosion sans précédent de la biodiversité. La pollution chimique générée par les activités humaines, incluant les produits phytopharmaceutiques (PPP), est identifiée parmi les causes de cette érosion. Cette pollution s’ajoute à d’autres pressions, comme les destructions d’habitats causées par l’urbanisation, l’intensification des pratiques agricoles et sylvicoles, et les conséquences du changement climatique. Face à ce constat, la réglementation européenne en matière de mise sur le marché des PPP vise un degré élevé de protection, avec en particulier pour principe d’éviter tout effet inacceptable sur l’environnement. Toutefois, elle ne parvient pas complètement à atteindre cet objectif, en raison notamment d’une prise en compte insuffisante de la diversité des interactions telles qu’elles se produisent dans l’environnement (entre substances, entre organismes, avec une variété de facteurs physico-chimiques, etc.).C’est dans ce contexte que les ministres chargés de l’Environnement, de l’Agriculture et de la Recherche ont sollicité INRAE et l’Ifremer pour réaliser un état des lieux des connaissances scientifiques relatives aux impacts des PPP sur la biodiversité et les services écosystémiques. La précédente expertise scientifique collective (ESCo) portant sur Pesticides, agriculture et environnement avait été réalisée en 2005. Leprésent exercice consiste à en actualiser les résultats, en les élargissant à l’ensemble du continuum terre-mer et en incluant les usages de PPP relevant des zones non agricoles (JEVI). A la différence de celle de 2005, cette ESCo est positionnée en aval de l’utilisation des PPP, pour traiter du devenir et des impacts de ces substances une fois introduites dans l’environnement. Elle ne traite pas des pratiques ou systèmes agricoles permettant de réduire les utilisations de PPP, ni des stratégies préventives de régulation des bioagresseurs. Ces thématiques font l’objet d’autres travaux en cours, notamment une autre ESCo conduite par INRAE sur la gestion des couverts végétaux pour la régulation naturelle des bioagresseurs dont les résultats sont attendus à l’automne 2022. Ces deux exercices s’inscrivent dans le cadre du Plan Ecophyto II+, en complément de l’expertise Pesticides et santé humaine publiée par l’Inserm en 2021.Le périmètre de la présente ESCo couvre les différents milieux (terrestre, atmosphérique, aquatiques continental et marin, à l’exception des eaux souterraines) dans leur continuité, du lieu d’application jusqu’à l’océan, en France métropolitaine et d’outre-mer, à partir de connaissances produites ou transposables dans ce type de contexte (climat, PPP utilisés, biodiversité présente, etc.). Il intègre tous les produits destinés à la protection des cultures ou à l’entretien des JEVI, qu’il s’agisse de PPP conventionnels ou de produits ou agents de biocontrôle, dès lors qu’ils sont susceptibles de se retrouver dans l’environnement du fait d’une utilisation actuelle ou plus ancienne. Le cadre d’analyse mis en place considère la biodiversité dans ses dimensions structurelle et fonctionnelle, et il intègre la question des services écosystémiques. L’attention est ainsi plus particulièrement portée sur des travaux qui documentent la mise en évidence des risques et des effets dans des conditions environnementales réalistes, et à des niveaux d’organisation biologique (ex. individu, population, communauté, écosystème) susceptibles de faciliter le lien à établir avec la biodiversité ainsi qu’avec les fonctions et services écosystémiques.Impacts des produits phytopharmaceutiques sur la biodiversité et les services écosystémiques Synthèse de l'expertise scientifique collective-Mai 2022 Direction de l'expertise scientifique collective, de la prospective et des études (DEPE

Impacts des produits phytopharmaceutiques sur la biodiversité et les services écosystémiques. Synthèse de l’expertise scientifique collective

Chaque année, entre 55 000 et 70 000 tonnes de substances actives phytopharmaceutiques, incluant celles utilisables en agriculture biologique et de biocontrôle, sont vendues sur le territoire français métropolitain et d’outre-mer et sont utilisées pour la protection des cultures ou l’entretien des jardins, espaces végétalisés et infrastructures (JEVI). Dans le même temps, le rapport sur l’évaluation mondiale de la biodiversité et des services écosystémiques établi en 2019 par la Plateforme intergouvernementale scientifique et politique sur la biodiversité et les services écosystémiques (IPBES) dresse le bilan alarmant d’une érosion sans précédent de la biodiversité. La pollution chimique générée par les activités humaines, incluant les produits phytopharmaceutiques (PPP), est identifiée parmi les causes de cette érosion. Cette pollution s’ajoute à d’autres pressions, comme les destructions d’habitats causées par l’urbanisation, l’intensification des pratiques agricoles et sylvicoles, et les conséquences du changement climatique. Face à ce constat, la réglementation européenne en matière de mise sur le marché des PPP vise un degré élevé de protection, avec en particulier pour principe d’éviter tout effet inacceptable sur l’environnement. Toutefois, elle ne parvient pas complètement à atteindre cet objectif, en raison notamment d’une prise en compte insuffisante de la diversité des interactions telles qu’elles se produisent dans l’environnement (entre substances, entre organismes, avec une variété de facteurs physico-chimiques, etc.).C’est dans ce contexte que les ministres chargés de l’Environnement, de l’Agriculture et de la Recherche ont sollicité INRAE et l’Ifremer pour réaliser un état des lieux des connaissances scientifiques relatives aux impacts des PPP sur la biodiversité et les services écosystémiques. La précédente expertise scientifique collective (ESCo) portant sur Pesticides, agriculture et environnement avait été réalisée en 2005. Leprésent exercice consiste à en actualiser les résultats, en les élargissant à l’ensemble du continuum terre-mer et en incluant les usages de PPP relevant des zones non agricoles (JEVI). A la différence de celle de 2005, cette ESCo est positionnée en aval de l’utilisation des PPP, pour traiter du devenir et des impacts de ces substances une fois introduites dans l’environnement. Elle ne traite pas des pratiques ou systèmes agricoles permettant de réduire les utilisations de PPP, ni des stratégies préventives de régulation des bioagresseurs. Ces thématiques font l’objet d’autres travaux en cours, notamment une autre ESCo conduite par INRAE sur la gestion des couverts végétaux pour la régulation naturelle des bioagresseurs dont les résultats sont attendus à l’automne 2022. Ces deux exercices s’inscrivent dans le cadre du Plan Ecophyto II+, en complément de l’expertise Pesticides et santé humaine publiée par l’Inserm en 2021.Le périmètre de la présente ESCo couvre les différents milieux (terrestre, atmosphérique, aquatiques continental et marin, à l’exception des eaux souterraines) dans leur continuité, du lieu d’application jusqu’à l’océan, en France métropolitaine et d’outre-mer, à partir de connaissances produites ou transposables dans ce type de contexte (climat, PPP utilisés, biodiversité présente, etc.). Il intègre tous les produits destinés à la protection des cultures ou à l’entretien des JEVI, qu’il s’agisse de PPP conventionnels ou de produits ou agents de biocontrôle, dès lors qu’ils sont susceptibles de se retrouver dans l’environnement du fait d’une utilisation actuelle ou plus ancienne. Le cadre d’analyse mis en place considère la biodiversité dans ses dimensions structurelle et fonctionnelle, et il intègre la question des services écosystémiques. L’attention est ainsi plus particulièrement portée sur des travaux qui documentent la mise en évidence des risques et des effets dans des conditions environnementales réalistes, et à des niveaux d’organisation biologique (ex. individu, population, communauté, écosystème) susceptibles de faciliter le lien à établir avec la biodiversité ainsi qu’avec les fonctions et services écosystémiques.Impacts des produits phytopharmaceutiques sur la biodiversité et les services écosystémiques Synthèse de l'expertise scientifique collective-Mai 2022 Direction de l'expertise scientifique collective, de la prospective et des études (DEPE

Impacts des produits phytopharmaceutiques sur la biodiversité et les services écosystémiques. Synthèse de l’expertise scientifique collective

Chaque année, entre 55 000 et 70 000 tonnes de substances actives phytopharmaceutiques, incluant celles utilisables en agriculture biologique et de biocontrôle, sont vendues sur le territoire français métropolitain et d’outre-mer et sont utilisées pour la protection des cultures ou l’entretien des jardins, espaces végétalisés et infrastructures (JEVI). Dans le même temps, le rapport sur l’évaluation mondiale de la biodiversité et des services écosystémiques établi en 2019 par la Plateforme intergouvernementale scientifique et politique sur la biodiversité et les services écosystémiques (IPBES) dresse le bilan alarmant d’une érosion sans précédent de la biodiversité. La pollution chimique générée par les activités humaines, incluant les produits phytopharmaceutiques (PPP), est identifiée parmi les causes de cette érosion. Cette pollution s’ajoute à d’autres pressions, comme les destructions d’habitats causées par l’urbanisation, l’intensification des pratiques agricoles et sylvicoles, et les conséquences du changement climatique. Face à ce constat, la réglementation européenne en matière de mise sur le marché des PPP vise un degré élevé de protection, avec en particulier pour principe d’éviter tout effet inacceptable sur l’environnement. Toutefois, elle ne parvient pas complètement à atteindre cet objectif, en raison notamment d’une prise en compte insuffisante de la diversité des interactions telles qu’elles se produisent dans l’environnement (entre substances, entre organismes, avec une variété de facteurs physico-chimiques, etc.).C’est dans ce contexte que les ministres chargés de l’Environnement, de l’Agriculture et de la Recherche ont sollicité INRAE et l’Ifremer pour réaliser un état des lieux des connaissances scientifiques relatives aux impacts des PPP sur la biodiversité et les services écosystémiques. La précédente expertise scientifique collective (ESCo) portant sur Pesticides, agriculture et environnement avait été réalisée en 2005. Leprésent exercice consiste à en actualiser les résultats, en les élargissant à l’ensemble du continuum terre-mer et en incluant les usages de PPP relevant des zones non agricoles (JEVI). A la différence de celle de 2005, cette ESCo est positionnée en aval de l’utilisation des PPP, pour traiter du devenir et des impacts de ces substances une fois introduites dans l’environnement. Elle ne traite pas des pratiques ou systèmes agricoles permettant de réduire les utilisations de PPP, ni des stratégies préventives de régulation des bioagresseurs. Ces thématiques font l’objet d’autres travaux en cours, notamment une autre ESCo conduite par INRAE sur la gestion des couverts végétaux pour la régulation naturelle des bioagresseurs dont les résultats sont attendus à l’automne 2022. Ces deux exercices s’inscrivent dans le cadre du Plan Ecophyto II+, en complément de l’expertise Pesticides et santé humaine publiée par l’Inserm en 2021.Le périmètre de la présente ESCo couvre les différents milieux (terrestre, atmosphérique, aquatiques continental et marin, à l’exception des eaux souterraines) dans leur continuité, du lieu d’application jusqu’à l’océan, en France métropolitaine et d’outre-mer, à partir de connaissances produites ou transposables dans ce type de contexte (climat, PPP utilisés, biodiversité présente, etc.). Il intègre tous les produits destinés à la protection des cultures ou à l’entretien des JEVI, qu’il s’agisse de PPP conventionnels ou de produits ou agents de biocontrôle, dès lors qu’ils sont susceptibles de se retrouver dans l’environnement du fait d’une utilisation actuelle ou plus ancienne. Le cadre d’analyse mis en place considère la biodiversité dans ses dimensions structurelle et fonctionnelle, et il intègre la question des services écosystémiques. L’attention est ainsi plus particulièrement portée sur des travaux qui documentent la mise en évidence des risques et des effets dans des conditions environnementales réalistes, et à des niveaux d’organisation biologique (ex. individu, population, communauté, écosystème) susceptibles de faciliter le lien à établir avec la biodiversité ainsi qu’avec les fonctions et services écosystémiques.Impacts des produits phytopharmaceutiques sur la biodiversité et les services écosystémiques Synthèse de l'expertise scientifique collective-Mai 2022 Direction de l'expertise scientifique collective, de la prospective et des études (DEPE

Impacts des produits phytopharmaceutiques sur la biodiversité et les services écosystémiques. Synthèse de l’expertise scientifique collective

Chaque année, entre 55 000 et 70 000 tonnes de substances actives phytopharmaceutiques, incluant celles utilisables en agriculture biologique et de biocontrôle, sont vendues sur le territoire français métropolitain et d’outre-mer et sont utilisées pour la protection des cultures ou l’entretien des jardins, espaces végétalisés et infrastructures (JEVI). Dans le même temps, le rapport sur l’évaluation mondiale de la biodiversité et des services écosystémiques établi en 2019 par la Plateforme intergouvernementale scientifique et politique sur la biodiversité et les services écosystémiques (IPBES) dresse le bilan alarmant d’une érosion sans précédent de la biodiversité. La pollution chimique générée par les activités humaines, incluant les produits phytopharmaceutiques (PPP), est identifiée parmi les causes de cette érosion. Cette pollution s’ajoute à d’autres pressions, comme les destructions d’habitats causées par l’urbanisation, l’intensification des pratiques agricoles et sylvicoles, et les conséquences du changement climatique. Face à ce constat, la réglementation européenne en matière de mise sur le marché des PPP vise un degré élevé de protection, avec en particulier pour principe d’éviter tout effet inacceptable sur l’environnement. Toutefois, elle ne parvient pas complètement à atteindre cet objectif, en raison notamment d’une prise en compte insuffisante de la diversité des interactions telles qu’elles se produisent dans l’environnement (entre substances, entre organismes, avec une variété de facteurs physico-chimiques, etc.).C’est dans ce contexte que les ministres chargés de l’Environnement, de l’Agriculture et de la Recherche ont sollicité INRAE et l’Ifremer pour réaliser un état des lieux des connaissances scientifiques relatives aux impacts des PPP sur la biodiversité et les services écosystémiques. La précédente expertise scientifique collective (ESCo) portant sur Pesticides, agriculture et environnement avait été réalisée en 2005. Leprésent exercice consiste à en actualiser les résultats, en les élargissant à l’ensemble du continuum terre-mer et en incluant les usages de PPP relevant des zones non agricoles (JEVI). A la différence de celle de 2005, cette ESCo est positionnée en aval de l’utilisation des PPP, pour traiter du devenir et des impacts de ces substances une fois introduites dans l’environnement. Elle ne traite pas des pratiques ou systèmes agricoles permettant de réduire les utilisations de PPP, ni des stratégies préventives de régulation des bioagresseurs. Ces thématiques font l’objet d’autres travaux en cours, notamment une autre ESCo conduite par INRAE sur la gestion des couverts végétaux pour la régulation naturelle des bioagresseurs dont les résultats sont attendus à l’automne 2022. Ces deux exercices s’inscrivent dans le cadre du Plan Ecophyto II+, en complément de l’expertise Pesticides et santé humaine publiée par l’Inserm en 2021.Le périmètre de la présente ESCo couvre les différents milieux (terrestre, atmosphérique, aquatiques continental et marin, à l’exception des eaux souterraines) dans leur continuité, du lieu d’application jusqu’à l’océan, en France métropolitaine et d’outre-mer, à partir de connaissances produites ou transposables dans ce type de contexte (climat, PPP utilisés, biodiversité présente, etc.). Il intègre tous les produits destinés à la protection des cultures ou à l’entretien des JEVI, qu’il s’agisse de PPP conventionnels ou de produits ou agents de biocontrôle, dès lors qu’ils sont susceptibles de se retrouver dans l’environnement du fait d’une utilisation actuelle ou plus ancienne. Le cadre d’analyse mis en place considère la biodiversité dans ses dimensions structurelle et fonctionnelle, et il intègre la question des services écosystémiques. L’attention est ainsi plus particulièrement portée sur des travaux qui documentent la mise en évidence des risques et des effets dans des conditions environnementales réalistes, et à des niveaux d’organisation biologique (ex. individu, population, communauté, écosystème) susceptibles de faciliter le lien à établir avec la biodiversité ainsi qu’avec les fonctions et services écosystémiques.Impacts des produits phytopharmaceutiques sur la biodiversité et les services écosystémiques Synthèse de l'expertise scientifique collective-Mai 2022 Direction de l'expertise scientifique collective, de la prospective et des études (DEPE