Ajustement des flux de nitrate dans les réponses des plantes à l'ombre ou à la température – NitReST

Les plantes ajustent en permanence leur développement en réponse aux variations des paramètres environnementaux, qu’ils soient aériens ou dans le sol. Comment perçoivent-elles et intègrent-elles des signaux extérieurs simultanés aux conséquences variées sur la croissance ? Cette question constitue le cœur du projet NitReST, dans lequel je vais m’intéresser à l’interaction entre la nutrition des plantes et les réponses à la lumière ou la température.
L’azote est un nutriment essentiel à la croissance végétale. En climat tempéré, dans des sols aérés, les ions nitrates (NO3-) sont la principale source d’azote pour les plantes, et les racines sont exposées à de grandes variations de la disponibilité du nitrate. Pour assurer de bons rendements, les sols agricoles sont souvent fertilisés par des engrais nitrés en excès. Cependant, un tel excès n’est que transitoire à cause de l’absorption par les racines et le lessivage, qui peut avoir de graves conséquences environnementales. Il est donc essentiel de comprendre comment la disponibilité en nitrates affecte le développement des plantes, en particulier dans des environnements non favorables. L’ombre causée par des plantes voisines représente un bon exemple de conditions sub-optimales. Certaines espèces comme Arabidopsis thaliana répondent à la présence des compétiteurs en allongeant leurs organes aériens (hypocotyle, tige) au profit de la croissance racinaire. Cette réponse, appelée évitement de l’ombre, favorise le positionnement des organes photosynthétiques en hauteur et une meilleure capture des rayons lumineux. De la même façon, une légère augmentation de température comme celle associée au changement climatique induit une réponse développementale appelée thermomorphogenèse, pour laquelle les phénotypes associés ainsi que les voies de signalisation sont très similaires à l’évitement de l’ombre. Cependant, les températures élevées favorisent l’élongation des racines. Cette différence peut avoir un impact significatif sur l’absorption des nutriments dans les deux contextes environnementaux.
Le projet NitReST a pour ambition d’étudier comment les plantes intègrent nutrition azotée par les nitrates et réponses à l’ombre ou à une température élevée en répondant à deux questions complémentaires. D’une part, comment les conditions de lumière/température influencent-elle l’absorption, le transport et l’assimilation des nitrates dans les jeunes plantules ? Je propose de combiner des analyses métabolomiques à une approche de génétique inverse afin de (1) comprendre la régulation des différentes étapes de l’homéostasie du nitrate par l’ombre ou la température et (2) identifier des acteurs clés des voies du nitrate impliqués dans ces réponses de croissance. D’autre part, comment la disponibilité en nitrates influencent-elle l’élongation de l’hypocotyle et de la racine en réponse à l’ombre ou la température ? Un phénotypage approfondi des plantules avec des traitements combinés sera complété par deux approches complémentaires (transcriptomique et études d’association) qui permettront de décrire la variation naturelle et d’identifier des régulateurs importants de cette interaction.
L’une des originalités de NitReST réside dans l’utilisation combinée de plusieurs espèces de la famille des Brassicacées : Arabidopsis thaliana, comme modèle principal, ainsi que Brassica rapa et Cardamine hirsuta. Ces dernières sont des espèces proches d’Arabidopsis pour lesquelles on dispose du génome séquencé et de la possibilité d’obtenir des mutants par la technique CRISPR. De plus, elles présentent des réponses contrastées à l’ombre et à la température. Cela permettra de mieux comprendre comment l’apport en nitrates affecte des espèces avec des stratégies variées.
Les résultats du projet NitReST auront un fort impact à la fois en recherche fondamentale et appliquée et apporteront de nouvelles perspectives sur comment mieux utiliser les engrais nitrés en agriculture dans le contexte du changement climatique.