Amélioration du contenu en fer de la graine – ISISTOR

Le fer (Fe) est un élément essentiel pour les organismes vivants. Les graines représentent la principale source de Fe pour la nutrition humaine. Une alimentation basée sur des grains à faible teneur en micronutriments (fer et zinc principalement) est considérée comme la principale cause de carences minérales au niveau mondial. Les carences alimentaires en Fe sont la cause de plus de 90% des cas d’anémie à l’échelle mondiale et ceci reste vrai dans les pays développés. Le concept de biofortification, c’est-à-dire le développement de produits végétaux ayant une concentration et une biodisponibilité accrue en microéléments est actuellement largement reconnu comme une stratégie durable pour combattre ces désordres nutritionnels. Contrôler le contenu en Fe des graines, tant sur le plan quantitatif que qualitatif est donc un enjeu majeur. L’identification des gènes contrôlant ce processus est une étape incontournable pour envisager des stratégies de biofortification visant à améliorer la valeur nutritionnelle des graines.
L’objectif du projet est d’identifier, chez Arabidopsis thaliana, les gènes contrôlant les processus de chargement, de stockage et de remobilisation du fer de la graine, en se basant sur l’expertise et les résultats précédemment obtenus par les partenaires (P1, BPMP, Montpellier; P2, I2BC, Gif-sur-Yvette, P3, UPMC, Paris). Nous avons récemment montré chez Arabidopsis et chez le pois que le fer est délivré à l’embryon sous forme de complexes ferriques avec du citrate et du malate et qu’une étape de réduction, catalysée par de l’ascorbate, est nécessaire pour transporter le fer dans l’embryon (P1). Grâce à l’utilisation de techniques d’imagerie élémentaire complémentaires, nous (P1 + P2) avons montré que dans l’embryon mature le fer est stocké dans les vacuoles de l’endoderme, une assise cellulaire associée au système vasculaire et enfin, les travaux pionniers du partenaire 2 ont montré le rôle majeur de deux transporteurs tonoplastiques d’efflux, NRAMP3 et NRAMP4, dans la remobilisation du fer vacuolaire lors de la germination. Sur la base de ces données et de résultats préliminaires, le projet ISISTOR visera à identifier (i) les gènes qui contrôlent le chargement de la graine, notamment les systèmes de transport d’efflux d’ascorbate, (ii) les gènes contrôlant le processus de remobilisation du fer vacuolaire au cours de la germination, (iii) les interactions entre l’homéostasie du Fe et les propriétés de la graine (dormance, germination, vigueur). Le projet proposé va combiner des approches d’analyses de la fonction de gènes candidats préalablement isolés ainsi que des cribles génétiques et de la génétique d’association (Genome Wide Association Studies, GWAS) avec des approches d’imagerie du fer dans les cellules pour identifier de nouveaux acteurs moléculaires. Ce projet permettra de disposer de nouveaux outils visant, in fine, à manipuler la concentration et la biodisponibilité du fer dans les graines à travers le transfert vers des espèces d’intérêt agronomique.
Les trois partenaires de ce projet ont des compétences reconnues et complémentaires sur la caractérisation biochimique et moléculaire des mécanismes de transport du fer d’une part (P1+P2) et sur la biologie de la graine d’autre part (P3). P1 et P2 ont récemment acquis la maîtrise de techniques complémentaires d’imagerie et de caractérisation des formes chimiques du fer dans les cellules (histochimie, imagerie synchrotron, microscopie électronique, spectroscopie d’absorption de rayons X).