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Modélisation Spatio-Temporelle des Réseaux de Gènes Impliqués dans la Régulation de l'Absorption Racinaire d’Azote chez Arabidopsis thaliana – ModeIN

Résumé de soumission

L?azote (N) est l?élément minéral qui est le plus fréquemment limitant pour la croissance et le rendement des plantes ce qui entraine un usage massif d?engrais N en agriculture. Malheureusement, seule une partie des engrais N appliqués est absorbée par les plantes ce qui entraine des problèmes de pollution (contamination des nappes phréatiques et des milieux marin par le nitrate (NO3-)) et un faible rendement énergétique des productions agricoles (coût énergétique élevé de la synthèse d?engrais N). Dans ces conditions, il est impératif, pour l?agriculture moderne, d?améliorer la capacité des plantes cultivées à utiliser N, pour faire face aux besoins d?augmentation des rendements et permettre la production de nourriture et de biocarburants d?une manière durable et en accord avec l?environnement. Un moyen classique, pour améliorer la capacité des plantes à utiliser N, est d?exploiter la capacité des plantes à répondre à une faible disponibilité en N en stimulant leur capacité d?absorption racinaire. Pour ce faire, il est important de comprendre les voies de signalisation N responsables de ces réponses, afin de développer des stratégies de biotechnologie et d?amélioration des plantes pour une meilleure utilisation des engrais N. Dans un sol agricole aérobie typique, NO3- est la principale source de N absorbée par les cellules racinaires. Au cours des dix dernières années, les bases moléculaires de l?absorption de NO3- ont fait l?objet de recherches intensives. Un des principaux résultats issus de ce travail est l?identification de NRT2.1 comme transporteur racinaire majeur de NO3- chez Arabidopsis thaliana. De plus, NRT2.1 ne joue pas seulement un rôle dans le transport de NO3-, mais agit également comme senseur ou transmetteur dans le contrôle de la croissance racinaire en réponse a NO3-. Au niveau des transcrits, il a été montré que NRT2.1 est la cible de l?ensemble des régulations qui affectent le transport de NO3-. Il est induit après l?ajout initial de NO3- et réprimé par les produits issus de l?assimilation de NO3-. Ces régulations modulent l?efficacité de l?utilisation de N en réponse à la disponibilité externe en NO3- et aux besoins nutritionnels de la plante pour sa croissance. De nombreuses études montrent également que NRT2.1 est fortement induit par la lumière et les sucres. Ceci permet l?intégration de l?acquisition de N par les racines avec l?acquisition de carbone (C) par les parties aériennes et indique que la régulation de l?efficacité d?utilisation de N ne peut être étudiée indépendamment du métabolisme C. Cette considération a des conséquences importantes car elle suggère que les changements climatiques (i.e., l?augmentation des concentrations en CO2 atmosphérique) auront un impact très fort sur l?utilisation d?engrais N en agriculture. Ceci n?est pas vraiment pris en compte dans les stratégies actuelles pour améliorer la capacité des plantes cultivées à utiliser N à cause du manque de connaissance concernant l?impact d?une modification de l?assimilation de CO2 par les plantes (et donc d?une modification des réseaux de signalisation C/N) sur le budget N global dans les futurs systèmes agricoles. Les mécanismes moléculaires impliqués dans les voies de signalisations N et C sont largement inconnus mais de nombreuses évidences au niveau physiologique suggèrent qu?il y a un grand nombre d?interactions entre ces voies. Ceci a donné lieu au concept de « C/N regulatory web » pour les décrire. Pour tenter de résoudre ce problème complexe, nous proposons de mener une approche innovante et pionnière de biologie des systèmes pour comprendre et modéliser les réseaux de gènes impliqués dans le control de NRT2.1 et déterminer l?impact de ces réseaux sur l?absorption racinaire de NO3- et la croissance des plantes. Nous combinerons des compétences en physique, mathématique et informatique avec de la génétique, de la biologie moléculaire et de la physiologie végétale pour (1) intégrer des données génomiques et construire des modèles dynamiques et prédictifs spécifiques de certains tissus racinaires, (2) générer des hypothèses sur les réseaux de gènes impliqués dans la régulation de NRT2.1 et (3) utiliser des approches expérimentales pour tester et valider ces hypothèses en s?intéressant à l?impact des concentrations en CO2 atmosphérique sur la régulation de l?absorption de N et aux conséquences sur la croissance des plantes. Nous pensons que ces collaborations à l?interface des maths, de l?informatique, de la physique et de la biologie végétale nous fourniront des outils puissants pour trouver des propriétés émergentes et modéliser, au niveau tissulaire, les mécanismes impliqués dans le contrôle nutritionnel des plantes. C?est la première étape pour développer des stratégies visant à intervenir dans les réseaux moléculaires en biotechnologie pour améliorer la capacité des plantes à utiliser N.

Coordination du projet

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.

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Début et durée du projet scientifique : - 0 Mois

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