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JCJC - SVSE 6 - Génomique, génétique, bioinformatique et biologie systémique (JCJC SVSE 6)
Edition 2011


NUTSE


Perception des nutriments chez les plantes

Comment les plantes identifient la présence de nutriments dans le sol ?
Notre objectif est par des approches complémentaires (biophysique, biologie moléculaire et cellulaire, physiologie) d’identifier les mécanismes permettant aux plantes de percevoir leur environnement minéral.

Transport et perception du nitrate par les plantes
La nutrition des plantes implique une étape essentielle : le prélèvement d’ions inorganiques du sol. Cependant, la disponibilité de ces ions fluctue dans le temps et dans l’espace ce qui rend les conditions limitantes plutôt une généralité qu’une exception. Ceci est particulièrement vrai pour des organismes statiques comme les plantes qui sont incapables de se déplacer le long des gradients de nutriments. Pour faire face à cette contrainte, les êtres vivants ont développé une grande diversité de réponses adaptatives déclenchées par des systèmes de perception de la disponibilité des ions minéraux. L’identification de ces systèmes de perception a une importance stratégique aussi bien au niveau fondamental qu'appliqué pour comprendre et manipuler les mécanismes moléculaires impliqués dans la résistance au stress induit par les variations de concentration des nutriments dans le milieu.
Notre objectif est par des approches complémentaires (biophysique, biologie moléculaire et cellulaire, physiologie, biologie des systèmes) d’identifier les mécanismes permettant aux plantes de percevoir leur environnement minéral. L’identification des bases moléculaires de la versatilité fonctionnelle de NRT1.1 (dualité entre transport et perception) permettront d'intégrer ces nouvelles connaissances dans des approches de physiologie moléculaire et génétique inverse pour mettre en évidence le rôle de ces protéines dans la réponse développementale des plantes au nitrate.
Notre démarche scientifique n’est pas uniquement réductionniste, car l’objectif à terme est de replacer les informations obtenues dans un contexte plus large permettant de comprendre l’efficacité de prélèvement de ces ions dans le sol.

Génomique fonctionnelle de la nutrition minérale
Ainsi au travers de trois taches, le but de ce programme de recherche est de comprendre les bases moléculaires de la dualité de fonction de certains transporteurs de la famille NRT1 et d'intégrer ces nouvelles connaissances dans des approches de physiologie moléculaire et génétique inverse pour mettre en évidence le rôle de ces protéines dans la réponse développementale des plantes au nitrate.
Cette thématique a pour but à long terme d’identifier les bases moléculaires de la versatilité fonctionnelle des protéines de la famille NRT1/PTR en répondant à plusieurs questions:
1- Qui sont les NRT1 qui transportent du nitrate ?,
2- Comment le nitrate est-il transporté dans la racine ?,
3- Quelles sont les bases moléculaires de la fonction de transcepteur de NRT1.1 ?,
4- Comment la protéine est-elle régulée ?,

Une large gamme de techniques sera utilisée: expression hétérologue, mesure d'influx, spectrometrie de masse, analyse de développement racinaire, PCR quantitative, transcriptomiques, microscopie confocale (disponible sur la plateforme RIO imaging). La combinaison de ces techniques permettra de mener une étude depuis la protéine (le système de transport) jusqu'au phénotype intégré de la plante dans son environnement minéral.

Résultats

Les premiers résultats sont en cours d'analyse.

Perspectives

Les perspectives du projet sont

Productions scientifiques et brevets

The results that will be generated by this project will be published in high-impact peer-reviewed journals publishing basic research results, as it has been constantly done for nearly 12 years now for the various projects of Benoit Lacombe (h-index: 16; 24 publications with an average citation of 38) on ion transport in plants.
We will be also able to present our results in international meetings such Nitrogen2013 and Plant Membrane Biology Workshop 2013 that are the meetings gathering all the researchers working on nitrate and transporters.
We will also present our new data to undergraduate students at Université Montpellier or Montpellier SupAgro. This will be done by either teaching or supervising student during practical periods.
This project will allow strengthening international collaboration with leading groups in auxin involvement in plant development (Eva Benkova, VIB Ghent; Malcolm Bennett, University of Notthingham) and auxin transport (Eva Zazimalova, Prague).

Partenaires

BPMP INSTITUT NATIONAL DE LA RECHERCHE AGRONOMIQUE - CENTRE DE MONTPELLIER

Aide de l'ANR 286 000 euros
Début et durée du projet scientifique janvier 2012 - 48 mois

Résumé de soumission

La nutrition minérale de la plupart des organismes terrestres (bactéries, champignons et plantes) implique le prélèvement d’ions inorganiques du sol. Cependant, la disponibilité des ressources fluctue de façon importante dans le temps et dans l’espace. Pour faire face à cette contrainte, les organismes ont développé une grande diversité de réponses adaptatives déclenchées par des systèmes de perception de la disponibilité des nutriments. Leur identification a une importance stratégique aussi bien au niveau fondamental qu’appliqué. En effet, comprendre et manipuler les mécanismes moléculaires impliqués permettrait d’optimiser la résistance au stress nutritionnels et par la même, la productivité en réduisant les intrants. Jusqu’à très récemment, nos connaissances sur les senseurs de nutriments concernaient la levure. Des résultats obtenus récemment dans notre groupe montrent que chez Arabidopsis, un transporteur de nitrate NRT1.1 (CHL1), qui était initialement caractérisé comme un transporteur d’influx dans la racine, avait également un rôle de senseur de nitrate. Nous avons ainsi montré que NRT1.1 jouait un rôle fondamental dans la régulation du développement racinaire en réponse à la teneur locale du nitrate. L’hypothèse que NRT1.1 participe directement à la perception du nitrate a depuis été confirmée par différents laboratoire de par le monde.
Les mécanismes permettant aux transporteurs/senseurs identifiés chez la levure, les plantes ou les animaux de transformer la concentration externe d’un nutriment en signal traduit par la cellule demeurent inconnus. Nous avons récemment réalisé une avancée majeure sur ce point en proposant un modèle pour le mécanisme de perception du nitrate. Nous avons démontré d’une part que NRT1.1 transporte le nitrate mais aussi l’auxine et d’autre part que ce transport d’auxine est inhibé de façon compétitive par le nitrate, suggérant que le signal traduit par NRT1.1 serait une modification du trafic d’auxine.
Le but de ce projet est d’étendre l’étude de ce nouveau mécanisme en initiant des approches nouvelles qui sont définies par trois considérations principales :
1- NRT1.1 appartient à la famille NRT1/PTR (53 membres chez Arabidopsis) mais peu d’éléments sont connus sur leur fonction, et aucune information sur l’implication d’autres transporteurs PTR dans la perception du nitrate n’est disponible. Une approche systématique en système hétérologue (ovocyte de xénope, levure, cellules végétales en suspension) permettra d’identifier d’autres transporteurs de NO3-/auxine.
2- Les bases moléculaires de la capacité de NRT1.1 de transporter à la fois le NO3- et l’auxine sont totalement inconnues. Une analyse structure fonction sera initiée (dans l’ovocyte et dans la levure) pour identifier les domaines spécifiques ou les résidus conférant à NRT1.1 ces propriétés uniques.
3- La caractérisation fonctionnelle par une approche in planta sera engagée sur les gènes identifiés en 1 et sur les protéines interagissant avec NRT1.1 (e.g. CIPK et CBL). Pour cela, une approche classique de physiologie moléculaire sera initiée (caractérisation de mutants KO, étude du développement racinaire, analyse de l’expression, localisation sub-cellulaire, production de double mutants). Les versions mutantes identifiées en 2 seront exprimées dans les plantes et constitueront des outils particulièrement importantes pour étudier les mécanismes de perception et de signalisation in planta.

A travers la combinaison de ces différentes stratégies expérimentales, l’ensemble du projet est établi comme une approche intégrative qui va permettre de mettre en lumière le rôle et les bases moléculaires d’une nouvelle famille de senseurs de nutriments chez les plantes, et de comprendre comment l’activité de transport d’un nutriment et d’une phytohormone constituent les bases moléculaires du contrôle nutritionnel du développement des plantes.

 

Programme ANR : JCJC - SVSE 6 - Génomique, génétique, bioinformatique et biologie systémique (JCJC SVSE 6) 2011

Référence projet : ANR-11-JSV6-0002

Coordinateur du projet :
Monsieur Benoit Lacombe (INSTITUT NATIONAL DE LA RECHERCHE AGRONOMIQUE - CENTRE DE MONTPELLIER)
benoit.lacombe@nullsupagro.inra.fr

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.