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Sécurité alimentaire et défi démographique (DS05) 2017
Projet NiCe

Dissection moléculaire de la réponse au Nitrate chez les Céréales

Le nitrate (NO3-) est la principale source d’azote (N) pour les plantes herbacées. Il agit aussi comme molécule-signal régulant l’expression de centaines de gènes, dont des acteurs de son assimilation et du métabolisme primaire. Cette Réponse Primaire au Nitrate (PNR) a principalement été étudiée chez Arabidopsis (Arabidopsis thaliana), permettant l’identification des facteurs de transcription AtNLP6 (NIN-LIKE PROTEIN 6) et AtNLP7 comme régulateurs majeurs (Castaings et al., 2009 ; Konishi and Yanagisawa, 2013). La surexpression de AtNLP7 permet une stimulation de croissance, via une augmentation des assimilation azotées et carbonées (Yu et al., 2016), ce qui identifie les NLPs et la PNR comme leviers pour améliorer l’Efficacité d’Utilisation du N (NUE) afin d’obtenir de forts rendements en faibles apports de N. Le mécanisme de PNR apparaît partiellement conservé chez les autres espèces, malgré l’identification de spécificités chez les céréales (He et al., 2015). Nos résultats préliminaires montrent un rôle des NLPs dans la régulation de la PNR chez les Pooideaes, une sous-famille de monocotylédones qui inclut le blé (Triticum aestivum), l’orge (Hordeum vulgare) et Brachypodium (Brachypodium distachyon).

Nous proposons de décrypter la PNR chez les Pooideaes, à partir des NLPs. Une étude de génomique fonctionnelle comparative nous permettra d’acquérir une connaissance fondamentale sur le mécanisme de régulation. Précisément, nous prévoyons d’identifier à grande échelle les gènes et voies ciblés, de mettre en évidence le rôle des NLP et de disséquer la mécanistique moléculaire des NLPs. Par comparaison avec les connaissances acquises chez Arabidopsis, nous estimerons la conservation/divergence du mécanisme entre espèces.
Nous avons sélectionné Brachypodium et l’orge comme modèles d’étude, dû à leurs génomes diploïdes séquencés et aux panels de méthodes et de ressources disponibles. L’union Européenne est la première productrice d’orge (40% de la production mondiale), avec la France et l’Allemagne en leaders (18% de la production de l’UE chacune), ce qui valide le choix de cette espèce. Brachypodium est indispensable à l’étude, pour estimer l’évolution entre les monocotylédones et les dicotylédones et la domestication des céréales. Cette espèce de référence permettra aussi l’utilisation de techniques moléculaires de pointe qui seraient plus compliquées chez d’autres Pooideaes, et accélérera le processus de découverte grâce à son cycle de vie court et à sa faible taille.

Des orthologues de AtNLP6/7 ont été identifiés chez l’orge et brachypodium (HvNLP1, BdNLP6 et BdNLP7). Nous avons expérimentalement observé un épissage alternatif de BdNLP6/7, qui a également été décrit pour ZmNLP6 (Burdo et al., 2014) et prédit pour HvNLP1. Ce processus tronque le domaine PB1, potentiellement impliqué dans des interactions protéine-protéine et conservé chez tous les NLPs de plantes. Ces protéines alternatives suggèrent une spécificité chez les céréales du mécanisme dépendant des NLPs.
La PNR sera caractérisée par transcriptomique comparative entre les 3 espèces, produisant ainsi le premier set de données transcriptomiques sur la PNR chez les Pooideaes. La conservation de fonction entre nos NLPs d’intérêt sera évaluée par analyse de mutants et par complémentations inter-espèces. Puis, leur régulation post-traductionnelle, leurs gènes cibles et le rôle de l’épissage alternatif seront identifiés.

Nous sommes à notre connaissance le premier groupe à mener une vaste étude de la PNR et des NLPs chez les Pooideaes. Ce projet JCJC contribuera fortement à l’établissement du jeune coordinateur en tant que leader dans le domaine de la réponse au NO3- chez les céréales, et permettra d’initier des collaborations internationales pour de futurs projets. Les connaissances fondamentales issues de cette étude seront précieuses pour des applications futures.

Partenaires

INRA - IJPB - NUTS Inra - Institut Jean Pierre Bourgin - Signalisation, Transport et Utilisation de l’Azote

Aide de l'ANR 361 964 euros
Début et durée du projet scientifique - 48 mois

 

Programme ANR : Sécurité alimentaire et défi démographique (DS05) 2017

Référence projet : ANR-17-CE20-0021

Coordinateur du projet :
Monsieur Thomas Girin (Inra - Institut Jean Pierre Bourgin - Signalisation, Transport et Utilisation de l’Azote)

 

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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.