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Dernière mise à jour : Mai 2021

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SPS - Saclay Plant Sciences

STRESSNET

Projet ANR 2015 Jeunes Chercheuses et Jeunes Chercheurs (JCJC)

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

José Jiménez-Gómez
Chargé de Recherche INRA
Equipe « Variabilité et tolérance aux stress abiotiques » (Olivier Loudet)
Institut Jean-Pierre Bourgin (IJPB)

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. 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. L’objectif de STRESSNET 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.

Cette tâche est difficile: des études récentes de métabolomique, transcriptomique et protéomique ont montré un mécanisme à deux vitesses dans lequel de multiples voies de transcription intègrent les signaux environnementaux et suscitent des changements dans un grand nombre de protéines et de réseaux métaboliques qui déterminent la réponse physiologique de la plante. De plus, les réseaux moléculaires activés en réponse à une combinaison de deux contraintes peuvent difficilement être prédits à partir des réponses induites par chacune des contraintes. La complexité de ces systèmes est la raison pour laquelle la plasticité d’un stress reste l'un des processus de signalisation les moins bien compris.

Les approches de biologie systémique sont peut-être la seule chance de comprendre ces réseaux biologiques complexes. Dans le projet STRESSNET, des protocoles de génétique, génomique et bioinformatique seront intégrés 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 holistiques peuvent être mis en œuvre est Arabidopsis thaliana, pour laquelle de grande quantité d'outils génomiques et moléculaires sont disponibles publiquement. D'autres outils clés de ce projet sont la variation naturelle des réponses aux stress entre les accessions d'Arabidopsis et la disponibilité de populations en ségrégation ainsi que des séquences génomiques de ces accessions.

En bref, STRESSNET propose d'utiliser une installation robotisée qui permet l’application de stress abiotiques avec une grande précision et une grande reproductibilité pour acquérir un ensemble de données transcriptomiques et métabolomiques chez plusieurs accessions d'Arabidopsis et leurs F1 hybrides. Les plans d’expériences et d’analyses décrits dans le projet permettront de détecter des eQTL en utilisant l'expression d'allèles spécifiques chez les hybrides et de reconstruire les réseaux de régulation activés en situations de stress. L’étape suivante sera d'effectuer le profilage métabolique d'une population complète en ségrégation dans diverses conditions de stress. Cela permettra de relier les variations d'expression et d’abondance en métabolites, et d'identifier les molécules qui ont été sélectionnées lors de l'évolution des plantes afin d’ajuster leurs réponses aux stress sans compromettre leur fitness. L’identification de ces molécules, même dans une espèce non domestiquée, est d'un grand intérêt pour l'agriculture, où le but est d'obtenir des lignées résistantes aux stress sans affecter la production.