CE20 - Biologie des animaux, des organismes photosynthétiques et des microorganismes

Mode d’action de phytostimulants biosourcés sur une voie de signalisation multi-stress – BioPhyt

Mode d'action de phytostimulants biosourcés sur une voie de signalisation multi-stress

Le Partner 2 a sélectionné des phytostimulants qui améliorent la croissance des racines, les teneurs en N, S et P et augmentent les rendements d’espèces cultivées. <br />Le partenaire 1 a observé que quelques uns de ces phytostimulants améliorent la croissance de la racine primaire d'Arabidopsis poussant en condition de faible Pi. Ces phytostimulants (ci-après NatMols) représentent donc de nouveaux outils pour disséquer la voie STOP1.

Etude du mode d’action des NatMols sur la voie de signalisation STOP1-ALMT1 des plantes modèle et cultivées

Les phytostimulants qui, à faible dose, stimulent la croissance des plantes. Généralement on ne sait pas comment phytostimulants agissent sur les plantes. Connaître leur mode d'action pourrait grandement aider à les utiliser de manière plus rationnelle et à évaluer leur innocuité pour l'environnement. <br />Le fait que STOP1 et ALMT1 soient conservés dans des espèces végétales permet de bénéficier des avantages d'Arabidopsis pour étudier rapidement leur régulation et ensuite transposer les résultats dans des espèces d'intérêt agronomique. De plus, cette voie de signalisation (STOP1 et ALMT1) est spécifique au règne végétal ; cette spécificité est un atout dans la recherche de phytostimulants ciblés ayant des effets environnementaux annoncés réduits. <br />L’objectif des partenaires 1 et 3 est de comprendre comment agissent ces NatMols sur la voie de signalisation STOP1-ALMT1 chez Arabidopsis. <br />Le partenaire 2 vise à comprendre comment les NatMols améliorent l'enracinement et le rendement des cultures, en particulier en cas de stress abiotique.

Mesurer l’effet des phytostimulants Roullier (NatMol) sur :

# La croissance racinaire, l’exsudation racinaire d’acides organiques et l’expression de gènes marqueurs de la voie de signalisation STOP1, chez Arabidopsis et des espèces cultivées ;
# Le durcissement pariétal des cellules de la pointe racinaire d’Arabidopsis.
# Identifier des mutants d’Arabidopsis affectés dans leur sensibilité à un NatMol.

Partenaire 1 :
L’effet des NatMols sur la croissance racinaire en –Pi et sur l’expression de marqueurs (qRT-PCR et marqueur visuel) de la voie STOP1 d’Arabidopsis a été testé trois fois. Les résultats sont reproductibles. En résumé, 6 NatMols améliorent la croissance racinaire (de 20 à 80% du contrôle +Pi).
Une NatMol a un effet (modeste) sur la voie de signalisation STOP1.

Partenaire 2 :
En collaboration avec le partenaire 1, un protocole d’analyse et de mesure des acides organiques exsudés par Arabidopsis a été mis au point sur la plateforme de métabolomique du Centre Mondial de l’Innovation (CMI).


Partenaire 3 :
Un nouveau programme informatique innovant d’analyse des résultats d’AFM (Atomic Force Microscopy) a été créé. Ce programme est en cours de test.
Un thésard (hors projet ANR) a testé une gamme étendue de système de dépôt/maintien de plantules d’Arabidopsis afin de faire des mesures de nanomécaniques.
Enfin, pour mieux guider le protocole de mesure nanomécanique avec le microscope à force atomique, de l’imagerie électronique à balayage en mode environnemental (ESEM) a été réalisée au CERMAV de Grenoble afin de mieux comprendre la topologie des cellules racinaires épidermiques d’Arabidopsis. De cette imagerie nous avons conclu qu’il est nécessaire de faire des mesures espacées d’au moins 5 µm pour éviter de tomber sur des interfaces cellulaires qui présentes des propriétés topologiques très différentes des faces cellulaires en surface de la racine. Un nouveau protocole de mesure est en cours de finalisation.

L’effet des NatMols sur l’exsudation des acides organiques par les plantules d’Arabidopsis et les différentes espèces cultivées commenceront en Octobre 2020.
Les analyses AFM sur les plantules d’Arabidopsis traitées aux NatMol commenceront en 2021.

Godon C, Kaur H, Teulon J-M, Chen SWW, Desnos T and Pellequer J-L (2020?) Plant root cell wall stiffening induced by a metallic stress. In Mechanics in Diseases. Radmacher M, Lekka M, Navajas D and Podestà A (eds), submitted.

Kaur H, Godon C, Teulon J-M, Desnos T and Pellequer J-L (2020?) Preparation and deposition of plant roots for AFM nanomechanical measurements. In Mechanics in Diseases. Radmacher M, Lekka M, Navajas D and Podestà A (eds), submitted.

L'un des défis majeurs des années à venir est de réduire les impacts environnementaux de l'agriculture tout en maintenant, sinon en augmentant, les rendements des cultures. Une solution pour réduire les intrants d'engrais est d'augmenter l'efficacité des cultures à les utiliser, par exemple en augmentant la croissance des racines et la résistance aux stress abiotiques.
Les phytostimulants sont des effecteurs moléculaires qui, lorsqu'ils sont utilisés en petites quantités, stimulent la croissance des plantes, en particulier le système racinaire. Connaître le fonctionnement des phytostimulants dans les plantes pourrait grandement aider à les utiliser de façon plus rationnelle et à évaluer leur innocuité pour l'environnement. En tout état de cause, cette connaissance est fréquemment demandée pour l'obtention d'une autorisation de mise sur le marché, comme pour tout nouveau produit agrochimique.

Le partenaire privé a identifié des phytostimulants biosourcés améliorant la résistance au stress abiotique, la croissance des racines, la teneur en N, S et P et augmentant les rendements dans des cultures telles que le colza, le pois, le soja et le maïs. Il est intéressant de noter que certains de ces phytostimulants améliorent également la croissance racinaire d'Arabidopsis en cas de carence en phosphate.

L'objectif de ce projet est de :
1) Comprendre comment les phytostimulants biosourcés améliorent l'enracinement et le rendement des cultures, en particulier en cas de stress abiotique ;

2) Utiliser ces phytostimulants biosourcés comme nouveaux outils pour étudier une voie de signalisation multistress d'Arabidopsis ;

A travers 6 tâches, une société privée et deux partenaires académiques collaboreront sur des expériences de physiologie, génétique, biologie moléculaire, biochimie, biophysique et métabolomique afin d'atteindre ces trois objectifs.

Coordinateur du projet

Monsieur Thierry DESNOS (CEA CENTRE CADARACHE)

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.

Partenaire

BVME CEA CENTRE CADARACHE
AGRO INNOVATION INTERNATIONAL
IBS CEA grenoble

Aide de l'ANR 605 344 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2018 - 36 Mois

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