Réponses systémiques des plantes aux changements environnementaux – PSYCHE

Les plantes, organismes sessiles, sont très sensibles à leur environnement. Le sol est très hétérogène, avec des régions favorablesou au contraire stressantes. Différents stress peuvent être rencontrés localement par les systèmes racinaires, tels qu’une carence en nutriments ou en eau, ou un pathogène. Les plantes légumineuses ont la capacité unique de s’associer avec des bactéries fixatrices d’azote (rhizobia) du sol pour former des organes symbiotiques racinaires appelés nodosités. Contrairement aux autres plantes, cette symbiose permet aux légumineuses d’acquérir leur azote à partir de N2 atmosphérique présent en quantité illimitée. Les légumineuses échappent ainsi aux carences du sol en azote minéral qui limite fréquemment la croissance dans des sols non fertilisés. Cependant, des stress abiotiques et biotiques perturbent le développement et le fonctionnement des racines et des nodosités, entraînant une instabilité de leurs rendements. Il y a donc un besoin urgent d’améliorer l’adaptation des légumineuses à ces contraintes environnementales pour favoriser la généralisation de leur utilisation dans des pratiques agro-écologiques.
Des stratégies intégratives permettre aux plantes de s’adapter aux sols hétérogènes et fluctuants. Ainsi, des signaux induits localement par des stress peuvent générer des signaux systémiques à longue distance qui induisent le développement de racines et de nodosités dans les régions dépourvues de stress. Ces réponses compensatoires permettent à la plante d’augmenter sa capacité de nutrition dans les régions non-stressantes pour contrebalancer l’effet négatif du stress initial. Une meilleure compréhension de ces mécanismes de régulation systémique pourrait permettre d’identifier des bases génétiques utilisables pour améliorer la tolérance des plantes aux stress par des stratégies innovantes de sélection. Le projet PSYCHE vise donc à comparer les réponses systémiques à différents stress locaux, la carence en azote, en eau (sécheresse) et l’infection par un pathogène, afin d’identifier des réseaux de gènes co-exprimés impliqués dans des réponses développementales compensatoires communes induites par ces différents stress. Pour discriminer sans ambiguïté les réponses locales des réponses liées à la signalisation systémique, le projet PSYCHE utilisera des systèmes expérimentaux dits de « split-root » chez la plante modèle Medicago truncatula. Des données préliminaires ont montré que la réponse systémique à un déficit en N ou en eau local induisait des réponses compensatoires similaires, suggérant que des voies de régulations systémiques associées au statut nutritionnel pourraient réguler le développement des racines et des nodosités en réponse à différents stress. Ces réponses systémiques à une carence en N ou en eau seront analysées au niveau physiologique et transcriptomique pour identifier des réseaux de gènes co-exprimés communs. De plus, pour étendre à un stress biotique le concept d’une voie commune de compensation du développement racinaire et des nodosités, on testera l’effet d’une infection locale par le pathogène racinaire Aphanomyces euteiches. Les réseaux de gènes communs identifiés seront ensuite testés fonctionnellement dans des mutants affectés dans des voies systémiques régulant à la fois le développement des racines et des nodosités. De plus, en utilisant une collection de génotypes de M. truncatula contrastants pour les réponses aux stress, nous identifierons les réseaux de gènes qui présentent des traces d’évolution adaptative, et dont la variation génétique est à la fois ciblée par la sélection naturelle et associée à une tolérance à la sécheresse et/ou à Aphanomyces. Finalement, nous déterminerons la conservation des voies de régulation systémiques identifiées entre le modèle M. truncatula et une légumineuse cultivée, le pois, dans le but de développer des marqueurs de sélection utilisables dans différentes plantes cultivées pour améliorer leur tolérance au stress.