Dissection moléculaire de la réponse au nitrate chez les Pooideae

Nitrogen is a macro-element essential for all living organisms. In agricultural fields, nitrogen is often limiting leading to the massive utilization of fertilizers. However, it represents high costs for farmers and generates important soils and water pollutions. As nitrate is the favorite nitrogen form for most plants, the enhancement of its utilization by crops plants could counteract these deleterious effects. The aim of my thesis project was to characterize molecular nitrate response mainly in the model monocot Brachypodium ditachyon and also in barley. They are both member of the Pooideae sub-family which contains important temperate cereal species such as wheat, rye and oat. For this purpose, two strategies were adopted. The first one aimed at identifying nitrate responsive processes and/or genes that are specifically regulated in Pooideae using a cross-species transcriptomic approach on Brachypodium distachyon, barley and the dicot model Arabidopsis thaliana, as a reference since molecular nitrate response is better characterized in this species. Our main hypothesis was that even though monocots and dicots might share common nitrate responsive pathways, divergence of response must exist. Such a comparison will lead to the identification of processes or at least genes that cannot be highlighted by studying solely Arabidopsis thaliana, which present divergent regulations in response to nitrate, and thus constitute interesting candidates for improving cereal nitrate utilization. The second objective was to characterize BdNLP6 and BdNLP7 roles in Brachypodium distachyon, as they are closest orthologs of AtNLP7, a major regulator of molecular nitrate response in Arabidopsis thaliana. Our first hypothesis, the simplest one, was that BdNLP6 and BdNLP7 mediates nitrate response in a similar manner as AtNLP7. Unexpectedly, we show that BdNLP6 seem to carry a total divergent function than AtNLP7 as it might act as a growth repressor in presence of nitrate.L’azote est un macro-élément essentiel pour les êtres vivants. Dans les terres agricoles, l’azote est souvent limitant et il est généralement nécessaire de le complémenter à l’aide d’engrais. Cependant, l’utilisation massive d’engrais est très couteuse pour les agriculteurs et génère d’importante pollution des sols et de l’eau. Le nitrate étant la source d’azote préférée de la plupart des plantes, l’amélioration de son utilisation par les plantes cultivées pourraient limiter ses effets indésirables.Le but de mon projet de thèse était de caractériser la réponse moléculaire au nitrate principalement chez Brachypodium distachyon, une espèce modèle des monocotylédones, et aussi chez l’orge. Ces deux plantes appartiennent à la sous-famille des Pooideae qui rassemble d’importante céréale tempérées telles que le blé, le seigle et l’avoine. Pour ce faire, deux stratégies ont été adoptées.La première avait pour but d’identifier des processus biologiques et/ou des gènes régulés par le nitrate spécifiquement chez les Pooideae. Une analyse transcriptomique a donc été réalisée chez Brachypodium distachyon, l’orge et la plante modèle dicotylédon, Arabidopsis thaliana, qui a été utilisée comme référence puisque la réponse au nitrate est bien caractérisée au niveau moléculaire chez cette espèce. Notre principale hypothèse était que même si une majeure partie de la réponse moléculaire au nitrate est commune entre les dicotylédones et les monocotylédones, des spécificités doivent aussi exister. Ainsi, la comparaison de la réponse au nitrate chez les trois espèces étudiées permettra d’identifier des processus biologiques ou au moins des gènes qui n’ont pas pu être mis en évidence dans les études uniquement réalisées sur Arabidopsis et qui présentent des régulations divergentes en réponse au nitrate. Ainsi, des candidats intéressants ont été mis en évidence pouvant servir l’amélioration de l’utilisation du nitrate chez les céréales. Le second objectif était de caractériser le rôle des protéines BdNLP6 et BdNLP7 chez Brachypodium distachyon. Ces protéines sont phylogénétiquement les plus proches de la protéine AtNLP7 d’Arabidopsis thaliana, qui a un rôle majeur dans la régulation de la réponse moléculaire au nitrate. Notre première hypothèse, la plus simple, était que BdNLP6 et BdNLP7 soit impliqués dans la réponse au nitrate de façon similaire à AtNLP7. De manière surprenante, nous avons montré que BdNLP6 semble avoir un rôle complètement divergent de celui décrit pour AtNLP7, puisqu’il pourrait avoir un rôle négatif sur le développement et la croissance de la plante en présence de nitrate