Sénescence, Autophagie, Recyclage de Nutriments, & efficacité d’utilisation de l’Azote

Institut Jean-Pierre Bourgin
Institut Jean-Pierre Bourgin, UMR1318 INRA-AgroParisTech
Bâtiment 2
INRA Centre de Versailles-Grignon
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Thématiques de recherche

L’enjeu des prochaines années sera celui de l’indépendance énergétique et de la préservation de notre planète. Le défi relevé avec succès par les dernières 50 années de recherche en agronomie a été d’apporter l’autosuffisance alimentaire à notre pays. Ceci a été permis par l’augmentation des rendements grâce à la sélection génétique des variétés cultivées et aussi par l’utilisation des engrais azotés. Qu’il s’agisse de soutenir la production alimentaire ou non alimentaire, les engrais azotés sont un facteur de poids dans le coût de ces productions et dans le bilan écologique global. L’utilisation d’engrais azotés est de plus en plus décriée pour des raisons écologiques De ce fait l’amélioration de l’efficacité d’utilisation de l’azote en agriculture est un problème central.

Cette amélioration passe par une optimisation des transferts d’azote inorganique et organique à l’intérieur de la plante. Notre équipe (http://www-ijpb.versailles.inra.fr/fr/nap/equipes/recyclazote/) s’intéresse aux mécanismes de recyclage de l’azote protéique au cours du vieillissement des feuilles car ceux ci permettent d’augmenter productivité et qualité des éléments récoltables (grains). Nous avons pu récemment montrer que l’AUTOPHAGIE est essentielle à la gestion des ressources azotées au niveau de la plante entière (Guiboileau et al. 2012, 2013). Nous focalisons maintenant nos recherche sur la spécificité de l’autophagie lors de la sénescence et également en réponse à des stress environnementaux tels que les carences nutritives (nitrate, sulfate, microéléments) qui sont autant de facteurs d’induction de la sénescence foliaire. Nous souhaitons déterminer le rôle de l’autophagie dans l’adaptation et la tolérance des plantes aux stress abiotiques et déterminer les substrats préférentiellement dégradés par cette voie lors de carences. Nous abordons ces questions par (i) l’étude de la physiologie des mutants d’autophagie sous différents environnements, (ii) la comparaison des transcriptomes, metabolomes et protéomes de mutants et plantes sauvages, (iii) des approches de microscopie visant à identifier les organites accumulés dans les mutants en réponse à certains stress, et les niveaux d’induction de l’autophagie suite aux carences (visualisation d’autophagosomes) iv) des approches biochimiques visant à évaluer le contenu des autophagosomes suite à des carences.

Figure descriptive

Figure 1: Des phenotypes de senescence précoce sont observés sur les mutants d’autophagie d’Arabidopsis. Les plantes sauvages (Col) et les mutants d’autophagie (atg5-1, atg9-2 and RNAi18) ont été cultivés sous des conditions riches (HighN, à gauche) ou limitantes (LowN, à droite) en nitrate. Le phenotype des rosettes est observé 70 jours après semis.

Figure 2: Les autophagosomes (A; marqués avec la fusion de proteine GFP-ATG8) et les corps autophagiques (B) sont observés dans les cellules racinaires quelques heures seulement après le début de la carence en azote

Publications

Guiboileau, A., and Masclaux-Daubresse, C. (2012). Autophagic processes in plants: Mechanisms, regulation and function. Comptes Rendus Biologies 335, 375-388.

Guiboileau, A., Sormani, R., Meyer, C., and Masclaux-Daubresse, C. (2010). Senescence and death of plant organs: Nutrient recycling and developmental regulation. Comptes Rendus Biologies 333, 382-391.

Guiboileau, A., Yoshimoto, K., Soulay, F., Bataillé, M., Avice, J., and Masclaux-Daubresse, C. (2012). Autophagy machinery controls nitrogen remobilization at the whole-plant level under both limiting and ample nitrate conditions in Arabidopsis. New Phytologist 194, 732-740.

Guiboileau, A., Avila-Ospina, L., Yoshimoto, K., Soulay, F., Azzopardi, M., Marmagne, A., Lothier, J., and Masclaux-Daubresse, C. (2013). Physiological and metabolic consequences of autophagy defisciency for the management of nitrogen and protein resources in Arabidopsis leaves depending on nitrate availability. New Phytologist 199, 683-694.

Masclaux-Daubresse, C., Clément, G., Anne, P., Routaboul, J., Guiboileau, A., Soulay, F., Shirasu, K., and Yoshimoto, K. (2014). Stitching together the multiple dimensions of autophagy using metabolomic and transcriptomic analyses reveals new impacts of autophagy defects on metabolism, development and plant response to environment. The Plant Cell 2014

Merkulova, E.A., Guiboileau, A., Naya, L., Masclaux-Daubresse, C., and Yoshimoto, K. (2014). Assessment and optimization of autophagy monitoring methods in Arabidopsis roots indicate direct fusion of autophagosomes with vacuoles. Plant Cell Physiology doi:10.1093/pcp/pcu041.