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Accumulation de NLP7-GFP dans les noyaux des cellules radiculaires de A. thaliana après addition de nitrate.. © INRA, Chloé Marchive

Découverte d’un facteur primordial pour l’adaptation des plantes à la disponibilité en azote

L’azote est un élément essentiel pour la croissance des végétaux. Or sa disponibilité dans le sol, sous forme de nitrate, est variable, ce qui met en jeu des mécanismes de régulation spécifiques chez la plante afin d’en coordonner le transport et l'assimilation. Des chercheurs de l’Inra Versailles-Grignon et de l’ENS-Paris(1) ont mis en évidence le rôle majeur d’un facteur de transcription, NLP7, dans la réponse précoce des plantes au nitrate via un mécanisme de rétention nucléaire. Les résultats de ce travail sont publiés le 16 avril 2013 dans la revue Nature Communications.

Mis à jour le 05/07/2017
Publié le 16/04/2013
Mots-clés : ADAPTATION - NITRATE

Maintenir le rendement des cultures tout en diminuant les apports de nitrate dans les champs est un challenge qui nécessite de mieux comprendre la réponse des plantes à l’apport en azote. Des chercheurs de l’Inra Versailles-Grignon et leurs collègues de l’ENS-Paris se sont intéressés au rôle du facteur de transcription(2) NLP7 dans la voie de signalisation des nitrates, la principale source d’azote, chez la plante modèle Arabidopsis thaliana, encore appelée Arabette des dames quand elle peuple nos jardins.

NLP7, un facteur de transcription primordial dans la réponse des plantes à la disponibilité en azote

Accumulation de NLP7-GFP dans les noyaux des cellules racinaires d'A. thaliana après ajout de nitrate. Observation au microscope confocal.. © INRA, Chloé Marchive
Accumulation de NLP7-GFP dans les noyaux des cellules racinaires d'A. thaliana après ajout de nitrate. Observation au microscope confocal. © INRA, Chloé Marchive
En combinant des techniques d’imagerie et de génomique, les scientifiques ont mis en évidence qu’en fonction de la quantité de nitrate disponible, le facteur de transcription NLP7 n’est pas toujours localisé dans le même compartiment de la cellule végétale (noyau, cytoplasme), ce qui influe sur son activité. Lorsque le nitrate est suffisamment disponible pour la plante, NLP7 est présent dans le noyau des cellules, mais il est exporté dans le cytoplasme lorsqu’il fait défaut.

Ils ont ensuite montré que NLP7 se lie à plus de 800 gènes dont un grand nombre sont impliqués dans la voie de signalisation et d’assimilation du nitrate. La large palette des gènes cibles de NLP7 témoigne ainsi de son rôle majeur dans la réponse des plantes au nitrate. Cette liaison entraîne, selon les gènes, l’activation ou la répression de leur réponse au nitrate, cette différence pouvant être due aux autres facteurs de régulation intervenant aux côtés de NLP7. Plus précisément, les chercheurs ont montré que la rétention de NLP7 dans le noyau survient très tôt, en l’espace de quelques minutes après apport de nitrate, ce qui suggère un rôle de régulation en amont dans la réponse des plantes aux nitrates. 

NLP7 peut ainsi entrainer la mise en place d’un programme d’expression génique permettant à la plante de transformer le nitrate en azote organique (acides aminés, etc.), nécessaire à la synthèse des protéines ou des acides nucléiques, mais aussi d’activer la croissance et le développement de nouveaux organes.

Deux éléments pour une découverte inédite

L’ensemble des ces résultats révèle une découverte jusque là inédite chez les plantes : la localisation du facteur de transcription NLP7 est régulée par le nitrate via un mécanisme de rétention dans le noyau cellulaire et c’est cette rétention qui orchestre la réponse précoce et rapide des plantes aux nitrates. Ce dispositif assure une rapide adaptation des plantes à la disponibilité de cet élément et permet entre autre son absorption rapide à partir du sol.

Si ce mécanisme d’allers et venues entre ces deux compartiments cellulaires a déjà été observé chez les plantes dans le cadre des relations avec des organismes pathogènes ou de voies de signalisation faisant intervenir la lumière, c’est la première fois qu’il est ainsi décrit dans le cas d’une voie de signalisation d’un nutriment essentiel.

Plus largement, alors qu’aujourd’hui, le maintien de la production de biomasse et de la qualité du grain en limitant la fertilisation azotée constitue le défi majeur de notre agriculture, cette découverte ouvre des perspectives intéressantes pour une meilleure maîtrise de la réponse des plantes à la disponibilité en nitrate.

(1) Institut Jean-Pierre Bourgin (INRA, AgroParisTech), Institut de Biologie de l’ENS (IBENS)

(2) La transcription est la première étape du processus qui permet de passer de l'ADN à la protéine, en d’autres termes, du gène à son produit. Elle permet la copie de l'ADN en ARN, lequel sera, dans une seconde étape, traduit en protéines.

Référence

Marchive C. et al. Nuclear retention of the transcription factor NLP7 orchestrates the early response to nitrate in plants. Nat. Commun. 16 avril 2013. doi: 10.1038/ncomms2650.

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Biologie et amélioration des plantes
Centre(s) associé(s) :
Versailles-Grignon

L’azote, un élément essentiel pour la croissance des plantes

L'azote joue un rôle important dans le métabolisme et la croissance des plantes. C'est le constituant principal des protéines, mais aussi des acides nucléiques, supports de l’information génétique, et d’une multitude de métabolites secondaires.

La majorité des plantes sont incapables d’utiliser l’azote présent dans l’air, celui-ci doit donc être prélevé, principalement sous forme de nitrate, dans le sol par les racines. Cet azote inorganique est ensuite assimilé pour produire l’azote organique (présent dans des molécules carbonées) qui sera utilisé pour la production de protéines et d’acides nucléiques. La croissance et le rendement des cultures sont ainsi souvent limités par la disponibilité du sol en nitrate. L’utilisation d’engrais azotés a permis d’accroitre considérablement la productivité des cultures, même si cela entraine parfois des effets néfastes pour l’environnement.

Elément essentiel de fertilisation des cultures, l’azote, sous forme de nitrate, joue également un rôle important de molécule signal dans l’expression d’un grand nombre de gènes, un processus pour lequel seuls quelques éléments régulateurs ont été jusque-là identifiés. Parmi ceux-ci figure le facteur de transcription(2) NLP7, dont l’expression est constitutive, c’est-à-dire indépendante de la teneur en nitrate.