la nutrition azotée des plantes : exploration de la diversité naturelle et études des gènes...

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

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

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/

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

Why working on nitrogen metabolism?

3mM10mM

Vegeta;vestage

HighNitrogen

LowNitrogen

Reproduc;vestage

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

0

10

20

30

40

21/10/03 20/11/03 20/12/03 19/01/04 18/02/04 19/03/04 18/04/04 18/05/04Time

Dai

ly M

ean

Soil

Wat

er N

itrat

e (m

M)

0

5

10

15

20

Tem

pera

ture

(°C

)

Low N PlotHigh N PlotTemperature

Field experiments – measuring changes in soil nitrate at 30 cm under a wheat crop

FromTMiller,Rothamstedcenter,UK

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World yield trends Costs of inputs

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Nitrogen use efficiency

N fertilization N mineralization

Yield NUE = dY/dN

0

N total

Ymax

Y0

Capacity of the plant to produce a supplement of yield (dY) for each added unit of N fertiliser (dNf)

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From the “Green revolution “ to the “Green Tide”

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Nitrogen Assimilation Pathway

N ABSORPTION

NITRATE REDUCTION AA SYNTHESIS

N REMOBILISATION

N TRANSPORT

N SEED FILLING

N TRANSPORT

Nitrogen use efficiency (NUE = NupE+NutE)

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Françoise Vedele : La nutrition azotée des plantes 16 novembre 2012 Montpellier 8

7 NRT2 51 NRT1 7 CLC 2 NAR2

Nitrate fluxes: molecular actors

Dechorgnatetal,JEB2011)

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

Characterization of AtNRT2.7 ExpressionofAtNRT2.7(Q‐RT‐PCR)

2,1

194,5

60,70,3 5,9

050100150200

Silique Dryseed

Imbibed

seedRoot Leaf

%EF1A1

Nitratecontentinseeds

NRT2.7expressionisseedspecific

nrt2.7mutantscontainlessnitrate

pNRT2.7::GFP

Sub‐cellularLocalisa;onofNRT2.7protein

GFPFM4‐64pNRT2.7::GFPNRT2.7proteinislocatedonthetonoplast

Chopinetal,PlantCell,2007

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

Polarized plasma membrane localisation

Kiba et al, Plant Cell 2012

AtNRT2.4: polarized localization and impact on growth for triple mutant mutants

pNRT2.4::NRT2.4-GFP

Lateral root (N starvation) nrt2.1 nrt2.2 nrt2.4-1nrt2.1 nrt2.2 nrt2.4-2

nrt2.1 nrt2.2

nrt2.1 nrt2.2 nrt2.1 nrt2.2 nrt2.4-1

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

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Developmental variation in Arabidopsis thaliana

Naturalvaria;oninArabidopsisthaliana:Seedcolourandseedsizevaria;onInflorescencearchitecturevaria;onLeafshapeandrose"esizevaria;on

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

Bay 0 x Shahdara: Summary of N related QTLs

I II III IV V

DM10.6 -

NP10.5 +

NO10.7 -

AA10.8 +

AA10.7 -

+ NP3.7 + AA3.5

- DM3.4

+ NP3.6

DM10.8 +

DM10.7 +

NP10.7 -

NP10.6 - NO10.8 -

AA10.9 +

DM10.5 -

DM10.4 + NP10.2 - NO10.5 -

NO10.4 -

AA10.4 -

DM10.3 -

+ DM3.3 - NP3.5

- AA3.4

+ DM3.2 - NP3.4 - AA3.3

+ DM3.1

+ AA3.1

AA10.2 +

DM10.1 +

DM10.2 +

NP10.1 -

NO10.2 -

NO10.3 +

NO10.1 -

AA10.1 -

AA10.3 +

NP10.4 + AA10.6 +

NP10.3 - NO10.6 -

AA10.5 -

+ NP3.3

- NP3.2

+ NP3.1 + AA3.2 L2

DM: dry matter NO: nitrate content NP: Total N content AA: amino acid content 10 mM / 3 mM

Loudetetal,PlantPhysiol2003

L3

L4L1

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Françoise Vedele : La nutrition azotée des plantes 16 novembre 2012 Montpellier BASF 14

An Ideal Plant for NUE

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

Deciphering the NUE mechanisms in Arabidopsis

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

Uptake and remobilization in Arabidopsis

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

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7N%Gain

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2 BiomassGain

Variability in biomass and N% gains between N+ and N-

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Transcriptome

Candidate Genes for increasing NUE

Phenotypes, QTL

Nitrate transport

Physiological analysis

Key metabolic processes

Plant response to nitrogen availability Arabidopsis Response to Nitrogen Availability AReNA

Natural variation Regulation by N

Reverse Genetics

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