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Intégration de l'acquisition d'azote minéral dans la plante entière : régulation des systèmes d'absorption et du développement racinaire
(ACR)
- Mot(s) clé(s) :
Objet d'étude : ammonium, arabidopsis, mutant, phloème, regulation, sage, transcriptome, xylème
Dispositif technique et méthode d'étude : puce à adn, spectrométrie de masse, transformation génétique
Composé chimique, Facteur du milieu : azote, nitrate
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Objet d'étude : ammonium, arabidopsis, mutant, phloème, regulation, sage, transcriptome, xylème
Dispositif technique et méthode d'étude : puce à adn, spectrométrie de masse, transformation génétique
Composé chimique, Facteur du milieu : azote, nitrate
Phénomène, processus et fonction : absorption racinaire, régulation, signalisation, transduction
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- Description détaillée :
Le modèle végétal est Arabidopsis thaliana. Le modèle d'étude privilégié est l'absorption racinaire Afficher la suite
Le modèle végétal est Arabidopsis thaliana. Le modèle d'étude privilégié est l'absorption racinaire de NO3- et NH4+. Les approches concernent :

i) la physiologie moléculaire (caractérisation fonctionnelle basée sur la génétique réverse, études d'expression par northern blots, gène rapporteur, etc.), en relation avec les analyses fonctionnelles (quantifications des flux par techniques isotopiques, analyses de métabolites, microlocalisation de l'azote par SIMS), et l'étude des signalisations inter-organes (analyses de sèves, système split-root),

ii) la génétique (recherche de mutants de régulation par crible de résistance au chlorate, de modification d'activité de promoteur, ou de contenu en métabolites),

iii) la génomique fonctionnelle (approches transcriptome SAGE et puces à ADN), ciblée sur l'identification des gènes différentiellement exprimés en réponse aux contraintes nutritionnelles ou à la mutation de gènes majeurs de la nutrition azotée (mutants de transport).
Les études physiologiques montrent que le prélèvement et l'assimilation des ions minéraux par les plantes sont des fonctions hautement intégrées et régulées à l'échelle de l'organisme entier. Les gènes codant les systèmes de transport aussi bien que ceux codant les facteurs de régulation commencent à peine à être identifiés. Leur caractérisation fonctionnelle est maintenant le problème majeur soulevé par cette identification. De plus, les mécanismes de régulation gouvernant l'expression et l'activité de ces systèmes de transport (' senseurs ' du statut nutritionnel, signaux régulateurs, signalisation inter-organe, voies de transduction) restent encore largement inconnus. L'étude de ces mécanismes revêt un caractère fondamental, premièrement parce qu'ils sont au coeur des processus d'intégration nécessaires au fonctionnement de la plante entière (coordination entre différentes fonctions métaboliques et de transport, localisées dans différents organes, en particulier feuilles et racines), et deuxièmement parce qu'ils déterminent les réponses adaptatives des plantes aux situations de contraintes nutritionnelles.
Les travaux de physiologie menés précédemment dans l'équipe sur diverses espèces (soja, tabac, colza) se sont focalisés sur le modèle azote, et ont permis de caractériser les réponses de l'absorption de NO3- et NH4+ à des déséquilibres nutritionnels (carence en N, contrainte en C, altérations génétiques de l'assimilation de nitrate, etc.), et d'identifier des signaux régulateurs potentiels (acides organiques, acides aminés, sucres). Ces travaux sont maintenant poursuivis chez Arabidopsis thaliana au travers d'approches de physiologie moléculaire et de génétique (identification, caractérisation fonctionnelle et régulation des gènes codant les transporteurs membranaires de NO3- et NH4+). Ils exploitent les acquis de la génomique structurale (analyse systématique des familles de transporteurs à partir des données de séquences génomiques d'Arabidopsis), et de génomique fonctionnelle (exploitation des collections de mutants d'insertion d'Arabidopsis).
D'autre part, l'adaptation des plantes aux contraintes nutritionnelles met en jeu d'autres acteurs moléculaires que les transporteurs membranaires. La recherche de ces acteurs est conduite au travers d'approches de transcriptomique, dont le but est d'identifier les gènes dont le niveau d'expression est modulé par le statut nutritionnel global en N de la plante. Nous recherchons en particulier parmi ces gènes les éléments des voies de transduction des signaux régulateurs de l'absorption racinaire.
Programme à long terme dont les principales étapes sont l'identification et la caractérisation fonctionnelle des transporteurs de nitrate et d'ammonium, l'identification des mécanismes de leur régulation, et la détermination du rôle des régulations dans l'adaptation des plantes aux contraintes environnementales. La nutrition minérale des végétaux, en particulier azotée, correspond à des enjeux agricoles relatifs à la qualité des produits (par exemple accumulation de nitrate, teneur en protéines des organes récoltés) et à la sauvegarde de l'environnement. La caractérisation de la régulation des fonctions assurant cette nutrition vise en particulier à proposer aux agronomes des critères physiologiques de conduite de la fertilisation azotée et à élaborer des stratégies d'obtention de nouveaux génotypes permettant d'atténuer les aspects néfastes de cette fertilisation. - UNAP, INRA Versailles
- ZMBP, Université Tübingen (Allemagne)
- MPI, Gölm (Allemagne)
- Université Jaume I, Castellon, (Espagne)
- Identification des transporteurs membranaires de NO3- et de NH4+ chez les plantes supérieures (analyse systématique de la famille NRT1), et caractérisation des mécanismes de leur régulation.

- Mise en évidence à l'échelle de la plante entière des signalisations impliquées dans la régulation des transporteurs membranaires de NO3- et de NH4+ (identification des signaux régulateurs, étude des mécanismes de transduction).

- Caractérisation fonctionnelle in planta des gènes codant les systèmes de transport de NO3- et NH4+.

- Criblage de mutants de régulation affectés dans le contrôle de l'absorption racinaire de NO3- et NH4+.

- Caractérisation des modifications globales de l'expression du génome associées aux réponses adaptatives à la déficience nutritionnelle en azote. Identification des gènes régulés par les signaux systémiques du statut nutritionnel.
- Développement d'approches originales pour quantifier les flux d'azote (spectrométrie de masse 15N), et procéder à sa microlocalisation des les organes végétaux (SIMS).
- Caractérisation fonctionnelle des transporteurs NRT1.1 et NRT2.1.
- Caractérisation des conséquences physiologiques de la sur-expression de la nitrate réductase.
- Identification de gènes de transporteurs de nitrate et d'ammonium dont l'expression est régulée par le statut nutritionnel en N et en C.
- Première identification du rôle de signalisation des sucres sur l'expression des transporteurs racinaires d'ions.
- Caractérisation de l'action de signaux systémiques de déficience nutritionnelle en N sur l'expression de transporteurs racinaires de nitrate et d'ammonium.
- Obtention de transcriptomes de racines d'Arabidopsis.
- Identification de gènes dont l'expression est régulée par la carence en N.
L'activité de l'équipe vise à identifier et à caractériser les mécanismes de régulation assurant l'ajustement du prélèvement racinaire d'azote minéral à la demande nutritionnelle de la plante. L'accent est mis sur les régulations agissant à l'échelle de l'individu entier, et mettant en jeu une signalisation inter-organe. La démarche est celle de la Biologie Intégrative, et combine des approches de physiologie moléculaire (étude des transporteurs membranaires de nitrate et d'ammonium), de génétique (recherche de mutants de régulation), et de génomique fonctionnelle (caractérisation des reprogrammations génétiques globales induites par les signaux de régulation). Les mécanismes de régulation étudiés interviennent dans la réponse de l'absorption racinaire aux fluctuations de la disponibilité de l'azote dans le milieu, ou aux variations de l'activité photosynthétique des parties aériennes. De ce fait, une part importante du travail concerne l'adaptation des plantes aux contraintes de l'environnement. Réduire

- Champs de rattachement :
 

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