Génetique de prochaine génération pour identifier les réseaux de régulation impliqués dans la réponse aux stress abiotiques (simples et combinés) chez Arabidopsis – stressnet

Comprendre les réponses des plantes aux stress environnementaux est crucial pour maintenir la production agricole. Dans cette proposition, nous nous concentrerons sur deux des menaces abiotiques les plus importantes pour l'agriculture: le déficit en eau et le déficit en azote. Les épisodes de sécheresse devraient augmenter en fréquence et en gravité en raison du changement climatique. De plus, il y a une forte pression pour réduire l'utilisation d'engrais à base d'azote dans l'agriculture en raison de leur toxicité pour l'environnement et pour l'homme. En outre, la coexistence de déficit en eau et en azote a des conséquences désastreuses: dans les sols secs, l'azote est moins disponible pour la plante. Notre objectif est de comprendre les mécanismes moléculaires mis en place par les plantes suite à un déficit hydrique, un déficit d'azote et à une combinaison des deux contraintes.
Technologies tels que la métabolomique et la transcriptomique ont été utilisées pour étudier l'effet des contraintes abiotiques. Le tableau qui s’en dégage est celui d'un mécanisme à deux vitesses dans lequel de multiples voies de transcription intègrent les signaux environnementaux et suscitent des changements dans un grand ensemble de protéines et de réseaux métaboliques qui déterminent la réponse physiologique de la plante. L'activation de ces réseaux dépend du génotype à l'étude, du tissu, du stade de développement et de la force et la durée de la contrainte. De manière importante, les réseaux moléculaires activés en réponse à une combinaison de deux contraintes peuvent être à peine prédit à partir des réponses induites par les contraintes individuelles séparément. La complexité de ces systèmes est la raison pour laquelle la plasticité d’un stress reste l'un des processus de signalisation les moins compris.
Les approches de biologie systémique peuvent être notre seule chance pour comprendre ces réseaux biologiques complexes. Dans cette proposition, nous intégrerons protocoles de génétique, génomique et bioinformatique pour reconstruire les réseaux moléculaires impliqués dans les réponses des plantes aux stress simples ou combinés. Parmi les plantes, la seule espèce où ces types d'approches holistique peuvent être mis en œuvre est Arabidopsis thaliana, pour laquelle de grande quantité d'outils génomique et moléculaire sont disponible publiquement. Outres outils clés de ce projet sont la variation d’origine naturelle des réponses au stress entre les accessions d'Arabidopsis, la disponibilité de population en ségrégation ainsi que des séquences génomiques pour ces accessions.
En bref, nous proposons d'utiliser une installation robotique qui permet l’application de stress abiotique avec une grande précision et reproductibilité pour acquérir un ensemble de données transcriptomique et métabolomique de plusieurs accessions d'Arabidopsis et leurs F1 hybrides. Nos plans d’expériences et d’analyses nous permettront de détecter des eQTL en utilisant l'expression d'allèle spécifique chez les hybrides et de reconstruire les réseaux de régulation activés en situation de stress. Nous proposons ensuite d'effectuer le profilage métabolique d'une population complète en ségrégation dans diverses conditions de stress. Cela nous permettra de relier les variations d'expression et d’abondance en métabolite et d'identifier les molécules qui ont été sélectionnés lors de l'évolution des plantes afin d’ajuster leur réponses au stress sans compromettre leur fitness. L’identification de ces molécules, même lorsque découvertes dans une espèce non domestiqués, est d'un grand intérêt pour l'agriculture, où le but est d'obtenir des lignées résistantes au stress sans affecter la production.
Ce projet devrait se traduire par des publications internationales de biologie fondamentale, ainsi que d'un certain nombre de possibilité d’échange pour la recherche agricole. Le projet comprend le partage des résultats par la mise en place d’un site Web.