Directrice adjointe de l'Institut Jean-Pierre Bourgin (Institut de recherche végétale, INRA de Versailles) Françoise Vedèle fait un focus sur la génétique et les effets de l'azote dans la nutrition des plantes.

1. La nutrition azotée des plantes :
Exploration de la diversité naturelle et étude de
gènes candidats
Françoise DANIEL-VEDELE
Institut Jean-Pierre Bourgin
INRA
Versailles, France
h"p://www‐ijpb.versailles.inra.fr/ h"p://www6.inra.fr/saclay‐plant‐sciences/
16 novembre 2012 Françoise Vedele : La nutrition azotée des plantes Montpellier

2. Why working on nitrogen metabolism?
Vegeta;ve stage Reproduc;ve stage
High Low
Nitrogen Nitrogen
10 mM 3 mM
16 novembre 2012 Françoise Vedele : La nutrition azotée des plantes Montpellier

3. Field experiments – measuring changes in soil
nitrate at 30 cm under a wheat crop
20
40
Low N Plot
Daily Mean Soil Water Nitrate
High N Plot
Temperature 15
30
Temperature (°C)
(mM)
10
20
10 5
0 0
21/10/03 20/11/03 20/12/03 19/01/04 18/02/04 19/03/04 18/04/04 18/05/04
Time From T Miller, Rothamsted center, UK
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4. World yield trends Costs of inputs
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5. Nitrogen use efficiency
Capacity of the plant to produce a supplement
of yield (dY) for each added unit of N fertiliser (dNf)
Yield NUE = dY/dN
Ymax
Y0
N mineralization N fertilization
0
N total
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6. From the Green revolution to the Green Tide
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7. Nitrogen use efficiency (NUE = NupE+NutE)
Nitrogen Assimilation Pathway
N SEED FILLING
N TRANSPORT
N REMOBILISATION
NITRATE REDUCTION
AA SYNTHESIS
N ABSORPTION N TRANSPORT
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8. Nitrate fluxes:
molecular actors
7 NRT2
51 NRT1
7 CLC
2 NAR2
Dechorgnat et al, JEB 2011)
8
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9. Characterization of AtNRT2.7
Expression of AtNRT2.7 (Q‐RT‐PCR)
Sub‐cellular Localisa;on of NRT2.7 protein
194,5
%EF1 A1
200
150
100 60,7
50 2,1 0,3 5,9
0
Silique Dry Imbibed
Root Leaf
seed seed
NRT2.7 expression is seed specific
NRT2.7 protein is located on the
pNRT2.7::G
pNRT2.7::GFP FM4‐64 GFP tonoplast
FP
Nitrate content in seeds
nrt2.7 mutants contain less nitrate
Chopin et al, Plant Cell, 2007
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10. AtNRT2.4: polarized localization and impact on
growth for triple mutant mutants
pNRT2.4::NRT2.4-GFP nrt2.1 nrt2.2
nrt2.1 nrt2.2 nrt2.4-1
Lateral root (N starvation)
nrt2.1 nrt2.2 nrt2.4-2
Polarized plasma nrt2.1 nrt2.2 nrt2.1 nrt2.2 nrt2.4-1
membrane localisation
Kiba et al, Plant Cell 2012
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11. 16 novembre 2012 Françoise Vedele : La nutrition azotée des plantes Montpellier

12. Developmental variation in Arabidopsis thaliana
Natural varia;on in Arabidopsis thaliana:
Seed colour and seed size varia;on
Inflorescence architecture varia;on
Leaf shape and rose"e size varia;on
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13. Bay 0 x Shahdara: Summary of N related QTLs
I II III IV V
DM10.7 +
NO10.6 - + DM3.2 AA10.7 - AA10.9 +
NP10.3 -
AA10.5 -
L3 - NP3.4
- AA3.3 NP10.5 + + NP3.6 NO10.8 -
NP10.6 -
DM10.3 - + AA3.2
AA10.1 -
L2 + NP3.1
DM10.6 - - DM3.4
NP10.1 - NO10.4 - + NP3.7
+ AA3.5
DM10.1 + NO10.5 -
NP10.2 - - NP3.2 NO10.7 -
DM10.2 + DM10.4 +
NO10.1 -
AA10.2 + L4 - AA3.4
- NP3.5 DM10.8 +
NO10.2 - L1 + DM3.1
DM10.5 -
+ NP3.3
NP10.4 +
+ DM3.3 AA10.8 + NP10.7 -
AA10.4 - AA10.6 +
NO10.3 +
+ AA3.1
AA10.3 +
DM: dry matter
NO: nitrate content
NP: Total N content
AA: amino acid conten
Loudet et al, Plant Physiol 2003 10 mM / 3 mM
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14. An Ideal Plant for NUE
BASF 14
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15. Deciphering the NUE mechanisms in Arabidopsis
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16. Uptake and remobilization in Arabidopsis
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17. Variability in biomass and N% gains between N+ and N-
1.2 Biomass Gain
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.7
N% Gain
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
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18. 16 novembre 2012 Françoise Vedele : La nutrition azotée des plantes Montpellier

19. Plant response to nitrogen availability
Arabidopsis Response to Nitrogen Availability
AReNA
Nitrate transport Regulation by N Natural variation
Phenotypes, QTL Physiological analysis Reverse Genetics Transcriptome
Key metabolic processes
16 novembre 2012 Candidate Genes for increasing NUE
Françoise Vedele : La nutrition azotée des plantes Montpellier

20. 16 novembre 2012 Françoise Vedele : La nutrition azotée des plantes Montpellier