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.
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La nutrition azotée des plantes : Exploration de la diversité naturelle et études des gènes candidats
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
16 novembre 2012 Françoise Vedele : La nutrition azotée des plantes Montpellier
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
16 novembre 2012 Françoise Vedele : La nutrition azotée des plantes Montpellier
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
16 novembre 2012 Françoise Vedele : La nutrition azotée des plantes Montpellier
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
16 novembre 2012 Françoise Vedele : La nutrition azotée des plantes Montpellier
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
16 novembre 2012 Françoise Vedele : La nutrition azotée des plantes Montpellier
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
16 novembre 2012 Françoise Vedele : La nutrition azotée des plantes Montpellier
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