Projet ANR-12-ADAP-0011 – NoStressWall : NOuvelles informations sur l’effet d’un STRESS hydrique sur la PAROI cellulaire
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 : Madame Anca LUCAU-DANILA (UMR Lille1/INRA1281 Stress Abiotiques et Différenciation des Végétaux cultivés)
Partenaires : Biologie des Plantes et Innovation; Institut Jean-Pierre Bourgin; Stress Abiotiques et Différenciation des Végétaux Cultivés; Institut des Sciences des Plantes de Paris Saclay; Miniaturisation pour la Synthèse, l'Analyse et la Protéomique
Montant : 623328.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 36 mois
Résumé : L'impacte de la secheresse sur matériel végétal pour biocraburants et compositesCe projet vise à approfondir nos connaissances sur i) le rôle de la paroi cellulaire dans l'adaptation des plantes à un stress hydrique et ii) l'impacte du stress sur la structure pariétale étroitement liée à la qualité des fibres/biomasse utilisées pour composites, textiles et biocarburants.
L'effet du stress hydrique sur la paroi cellulaire et les stratégies adaptativesLe stress hydrique impacte négativement la croissance des plantes et modifie la qualité des produits. Dans le contexte du changement climatique planétaire, il devient nécessaire d'améliorer notre compréhension des stratégies adaptatives des plantes. En particulier, nous voulons préciser le rôle de la paroi cellulaire dans cette adaptation et d'évaluer les effets d'un stress hydrique sur la mise en place de la paroi. Ceci est un enjeu industriel majeur car la paroi est utilisée sous forme de fibres dans les textiles et matériaux composites et constitue également la biomasse lignocellulosique transformée en biocarburant. Cependant, nos connaissances des modifications de structure (et donc de qualité) de la paroi restent limitées. Ce projet vise la production des données complètes via des analyses à grande échelle dans deux espèces d'intérêt industriel: le lin (fibres cellulosiques utilisées pour textiles/composites) et Brachypodium comme espèce modèle des graminées (biocarburants).
 Analyses à grande échelle de l'impact du stress hydrique sur les plantesLe projet de NoStressWall vise à générer et integrer une grande quantités de données issues de l'analyse du transcriptome, metabolome et du protéome, ensemble avec des analyses complètes de structure de paroi cellulaire et des modifications induites par le stress hydrique. Grâce à la génétique inverse, une identification des mutants spécifiques (affectant l'adaptation à la secheresse, notament au niveau de la paroi cellulaire) chez le lin et Brachypodium est aussi prévue, ainsi que la caractérisation fonctionnelle de ces mutants. Ces données seront comparées aux résultats déjà obtenus chez Arabidopsis et seront utilisées comme base pour une approche de biologie de systèmes. Celles-ci permettera une interprétation globale des stratégies d'adaptation à la sécheresse, de l'interaction moléculaire, des réseaux de régulation, des réponses spécifiques de la paroi cellulaire ainsi que de la dynamique adaptative chez le lin et Brachypodium.
Résumé de la soumission : Le stress hydrique affecte négativement la croissance des plantes et leur productivité et cette situation risque d’empirer avec le changement climatique global. Cette situation nous contraint à améliorer nos connaissances pas seulement sur les stratégies d’adaptation des plantes mais aussi sur l’impact du stress hydrique au niveau des différents produits issus des végétaux. Un des produits majeur transformable est représenté par la paroi cellulaire végétale composé de cellulose, hémicellulose et dans certains cas, de lignine. Cette ressource ligno-cellulosique trouve des applications dans la transformation en biocarburant ainsi que dans les bio-matériaux.L’objectif de ce projet est d’obtenir des informations sur l’impact du stress hydrique via les analyses à grande échelle, en se focalisant sur la paroi cellulaire de deux espèces : le lin et le Brachypodium. Nous avons choisi ces deux espèces plutôt que la plante modèle Arabidopsis, pour comprendre l’effet du stress hydrique directement sur deux types majeurs de structure de paroi cellulaire valorisable: le lin pour l’utilisation des longues fibres cellulosiques dans la fabrication des matériaux composites et textiles, et le Brachypodium pour ses qualités de plante modèle pour l’obtention du biocarburant.Le projet NoStressWall se propose: 1) de générer un grand volume de données transcriptomiques, métabolomiques et protéomiques, ainsi qu’une analyse de la structure des parois cellulaires et des modifications induites par le stress hydrique, 2) d’utiliser un criblage basé sur la génétique reverse pour identifier des mutants spécifiques dans des populations de mutants chimiques de lin et de Brachypodium, et 3) d’initier une caractérisation fonctionnelle des mutants sélectionnés.Un des plus importants produits finaux de ce projet sera la construction de la base de données NoStressWall pour inclure les données des analyses à grande échelle, les analyses des parois cellulaires, les informations sur les mutants et les résultats des analyses fonctionnelles sur le lin et Brachypodium. Des approches de biologie computationnelle seront appliquées sur l’ensemble de ces données pour obtenir un maximum d’informations sur les effets du stress hydrique dans les deux espèces, sur la physiologie de la réponse au stress et les stratégies d’adaptation. L’identification et la caractérisation fonctionnelle des gènes impliqués dans la réponse au stress hydrique chez le lin et Brachypodium, associées aux nombreuses ressources génétiques et outils développés dans d’autres projets, vont permettre l’accélération des programmes d’hybridation et le développement d’autre stratégies comme la cartographie d’association sur l’ensemble du génome ou ciblée. Bien que fondamental, ce projet peut intéresser les améliorateurs, les agriculteurs et les utilisateurs des fibres (matériaux composites, textiles) et de biomasse, car le stress hydrique impacte directement la qualité des fibres de lin et la production de biomasse chez le Brachypodium.
Résultats : Un des résultats majeurs de ce projet sera la construction de la base de données NoStressWall ouverte pour les mises à jour, incluant des informations sur les analyses à grande échelle et les analyses de paroi cellulaire, aussi bien que les résultats des analyses fonctionnelles chez les mutants de lin et de Brachypodium. Des comparaisons par des approches de biologie de systèmes seront possibles pour faciliter l'interprétation des événements biologiques marquantes durant le stress hydrique dans les deux espèces analysées, ainsi que des aspects physiologiques et des stratégies d'adaptation.
Perspectives : Toutes les cultures des plantes de lin et Brachypodium ont été réalisées conformément aux conditions et cinétiques prévues, les mesures physiologiques ont été également réalisées pour les deux espèces et toutes les analyses à grande échelle ont été initiées. 
Les analyses transcriptomiques ont été finalisées et les analyses métabolomiques, protéomiques, biochimiques et miRNA sont en cours de finalisation pour les deux espèces. 
Des analyses histologiques sont en cours de finalisation pour le lin et seront réalisées pour Brachipodium au cours de cette année. 
Il est prévu de mettre ces résultats en ligne (fin 2014) sur une base de données accessible à tous les partenaires du projet et qui sera en accès publique une fois les résultats publiés.
Le criblage par NGS a nécessité de nombreuses mises au point pour adapter le séquençage MiSeq et les programmes d’analyse. Actuellement la méthode étant optimisée, le criblage se déroule comme prévu, il est en cours. 
La caractérisation fonctionnelle des mutants vient d’être commencée et l’intégration des données ainsi que les aspects de biologie des systèmes sont prévus pour la fin du projet.
Publications et brevets : Communications au 13th Cell Wall Meeting (Nantes, juillet 2013), 25th Congress of the Scandinavian Plant Physiology Society SPPS (aout 2013 Helsingør, Denmark) et au Réseau lin (acteurs de la filière, biologistes, linéculteurs, etc). Article publié: Fenart et al. BMC Research Notes 2013, 6:43