Projet ANR-12-ADAP-0019 – RNAdapt : Les ARN non-codants dans l’adaptation de la croissance racinaire à la carence phosphate
Programme : Adaptation - des gènes aux populations.Génétique et biologie de l'adaptation aux stress et aux perturbations (BIOADAPT)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Martin Crespi (Centre National de la Recherche Scientifique, Institut des Sciences du Végétal )
Partenaires : Institut des Sciences du Végétal; Biologie Végétale et Microbiologie Environnementales; Institut de Génétique et Microbiologie
Montant : 443000.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 36 mois
Résumé : ARN non-codants et adaptation de la croissance racinaire à la carence phosphateLe phosphore (P) est un élément minéral essentiel à la croissance des plantes et il est très souvent limitant dans le sol. Le projet RNAdapt propose d'identifier de nouveaux éléments controlant la croissance racinaire en réponse au P.
Mieux comprendre la réponse de l'apex racinaire à la carence en PhosphateUne agriculture durable nécessite une meilleure compréhension de la nutrition minérale des plantes. Le Phosphore (P) est un élément minéral essentiel au développement et à la productivité des plantes. La plupart des sols d'Europe sont pauvres en P assimilable par les plantes, des fertilisants phosphatés peu efficaces et couteux sont appliqués au champs. Les réserves mondiales en P sont détenues par un petit nombre de pays et l'approvisionnement est donc un enjeu politique. Dans ce contexte, l'utilisation du P doit être améliorée. La carence en P induit une réduction de la croissance racinaire qui peut être due à une limitation du métabolisme ou aux voies de signalisations induites par la perception du P au niveau de l'apex racinaire. Le projet RNAadapt a pour but  d'identifier les mécanismes moléculaires et génétiques liés à la réponse de l'apex racinaire à la carence en P. Ces informations pourront être utilisées dans le cadre de l'amélioration de la productivité des cultures.
Transcriptome comparatif des ecotypes différentiellement adaptés à la carence PMise au point par le Partenaire 2 des methodes de culture et de transfert des plantules entre les différentes conditions phosphatées. Validation des conditions de culture. Amélioration du protocole de récolte des apex racinaires et d'extraction des ARN en vue du séquençage. Le partenaire 1 a optimisé les conditions les plus adéquates pour la récolte d'échantillons (pointes racinaires) en condition carence en P ou non des différents écotypes. Les premières taches communes ont ont visé à homogeneiser les conditions de culture entre partenaires et a tester les conditions d'analyse du transcriptome.
Résumé de la soumission : Les ARN non codants (ncRNA) sont des acteurs émergeants dans l’adaptation des plantes aux contraintes environnementales. En effet, les altérations de la régulation génétique par les portions non codantes du génome, plutôt que par les gènes codant des protéines, peuvent être des forces majeures dans l’évolution et l’adaptation. Le phosphate est un macronutriment essentiel pour les plantes qui est souvent limitant pour leur rendement. De plus, les ressources phosphatées mondiales seront probablement épuisées avant la fin du siècle. Des approches génétiques et moléculaires ont permis d’élucider des éléments régulateurs contrôlant la réponse des plantes à la carence en phosphate, notamment l’architecture racinaire. Ces études ont révélé la grande variabilité naturelle de la croissance racinaire face à la carence phosphatée. Nos analyses QTL ont révélé que la pointe racinaire était un organe central dans la perception du phosphate et dans le contrôle de la croissance racinaire. De plus, un grand nombre de mutants affectés dans la réponse d’arrêt de croissance de la racine primaire en carence en phosphate ont été isolés. En parallèle, l’importance du contrôle transcriptionnel et des ncRNA dans la réponse à la carence en phosphate a été établie.Dans ce projet, nous proposons d’analyser la réponse de la pointe racinaire à une contrainte de l’environnement en utilisant des analyses génomiques globales sur des écotypes d’Arabidopsis qui présentent des réponses contrastées à la carence phosphatée. Nous analyserons des transcriptomes complets des ARNm, des ncRNA et des petits ARNs dans les apex racinaires de plantules ayant poussé sous fort ou faible phosphate, et établirons les corrélations de leurs régulations. La combinaison d’écotypes bien caractérisés d’Arabidopsis et des approches génomiques récentes (RNAseq) nous permettra d’évaluer l’impact des ncRNA dans l’adaptation aux contraintes environnementales et dans l’évolution de la régulation génique. Nous pourrons mesurer le degré d’évolution des ncRNA exprimés dans les écotypes et ainsi relier l’adaptation des racines à la carence en phosphate et des ncRNA spécifiques. L’utilisation de la collection de mutants (dans le fond génétique Columbia) affectés dans la réponse des racines à la carence validera les interactions entre les ncRNA et la croissance racinaire. Une analyse fonctionnelle des principaux ncRNA (basée sur la modification de l’expression des gènes, ciblée dans certaines cellules) permettra de définir leur rôle dans le contrôle de l’adaptation de l’architecture racinaire lors d’une carence en phosphate.Ce projet innovant utilise des comparaisons à l’échelle génomique de divers écotypes pour identifier les cascades de régulation liant la croissance racinaire et la nutrition phosphatée. Les données fondamentales et appliquées attendues permettront d’éclairer les mécanismes globaux qui contrôlent la croissance racinaire dans les sols pauvres en phosphate. Elles pourraient aussi avoir un impact direct sur la productivité végétale au travers de brevets originaux dans ce domaine. D’une façon plus générale, ce projet apportera de nouveaux éléments pour comprendre le rôle des ncRNA dans l’évolution de la régulation génique en réponse à l’environnement.
Résultats : Mise au point et validation des méthodes de récolte des apex et d'extraction des ARN par les Partenaires 1 et 2. Une première expérience test réalisé par le partenaire 2 et analysé par le partenaire 1 a révélé 52 ARN non-codants nouveaux dans le transcriptome -P et permis de tester un «pipeline« d'analyse.
Perspectives : Les conditions de préparation des échantillons étant validées, nous passons à l'étape d'obtention des échantillons d'ARN en vue du séquençage et de l'analyse bioinformatique.
Publications et brevets : NEANT