Équipes de recherche

Contrôle de la ramification des plantes

CORAM 9 membres

L’équipe CORAM s’intéresse aux métabolites spécialisés synthétisés par les plantes ayant une fonction hormonale et/ou impliqués dans les interactions entre plantes dans la rhizosphère (allélopathie).
SIGNALISATION ET DÉVELOPPEMENT SMART CROPS AGRO-ÉCOLOGIE Stress Hormones Semences Architecture Cellules & morphogenèse
Depuis de nombreuses années, l’équipe étudie l’évolution des fonctions et des voies de signalisation des strigolactones, 9e classe d’hormone identifiées pour leur rôle dans le contrôle de la ramification, et ayant des fonctions écologiques essentielles dans le sol.


Question biologique
Chez les plantes, les hormones sont définies comme de petites molécules présentes dans les tissus à très faibles concentrations, qui peuvent agir à longue distance et qui déclenchent et régulent des processus physiologiques très divers de la croissance et du développement, ainsi que la réponse aux nombreux stress auxquels les plantes sont confrontées. Le laboratoire s’intéresse à la famille des strigolactones (SL), 9e classe d’hormone identifiée en 2008 pour leur rôle dans le contrôle de la ramification. Ces molécules, dérivés de caroténoïdes, répriment le démarrage des bourgeons axillaires situés à l’aisselle des feuilles. Plus de 30 structures différentes ont été décrites à ce jour. Comprendre le mode d’action des SL, en interaction avec les autres signaux régulant la ramification (auxine, cytokinine, sucres….) est l’objectif du laboratoire depuis de nombreuses années. Plus récemment, nous étudions les SL en tant que métabolites de la rhizosphère. Les SL ont d’abord été connues comme métabolites produits et libérés par les racines des plantes et ayant des fonctions majeures dans la rhizosphère. Elles agissent comme stimulants de la germination de graines de plantes parasites telles que les Orobanche et les Striga et ont aussi un rôle prépondérant dans l’établissement de la symbiose avec les champignons endomycorhiziens à arbuscules. Cette symbiose très ancienne, qui concerne plus de 80% des plantes terrestres actuelles, est souvent décrite comme ayant eu un rôle déterminant dans la colonisation du milieu terrestre par les plantes il y a plus de 450 millions d’années. Notre laboratoire a pour objectif l’étude des fonctions et des voies de signalisation des SL au cours de l’évolution et cherche à répondre aux questions suivantes : Comment les différentes fonctions des SL sont apparues au cours de l’évolution ? Comment ont évolué les récepteurs et les voies de signalisation des SL entre plantes non vasculaires et plantes vasculaires ? Pourquoi une telle diversité de SL et quelles sont les spécificités d’action de ces molécules ?

Plus récemment, le laboratoire cherche à identifier et caractériser d’autres métabolites de la rhizosphère impliqués dans les interactions entre plantes, phénomène connu sous le nom d’allélopathie. Le succès des plantes invasives est par exemple très souvent lié à de tels processus. Les plantes synthétisent en effet une étonnante diversité de composés qui leur permettent d’interagir avec leur environnement et qui ont des fonctions écologiques essentielles comme l’attraction de pollinisateurs ou l’interaction avec les pathogènes. Ces métabolites spécialisés (autrefois appelés secondaires), lorsqu’ils sont produits au niveau des racines et libérés dans la rhizosphère, peuvent avoir des effets très marqués (positifs et négatifs) sur les plantes voisines ou les microorganismes du sol. L’identification de nouveaux métabolites à fonction(s) allélopathique(s) et les gènes impliqués dans les interactions entre plantes permettra à terme le développement de variétés adaptées à l’agroécologie. L’agroécologie, thématique prioritaire de l’INRA, peut se définir comme l’étude du monde vivant dans les agro-écosystèmes, et a pour objectif le développement d’une agriculture durable et multi-performante.


Modèles, outils et méthodes
L’équipe utilise principalement 3 plantes modèles, ayant des avantages complémentaires, pour comparer les rôles, les voies de biosynthèse et de signalisation des SL chez une plante vasculaire (le pois, Arabidopsis) et une plante non vasculaire (la mousse Physcomitrella patens).

    Le pois (Pisum sativum), comme plante modèle pour les études de physiologie
Notre importante collection de mutants hyper-ramifiés de pois a permis au laboratoire de participer en 2008 à la découverte des SL comme nouvelle hormone végétale. Le pois, de par son architecture très simple, est particulièrement adapté aux approches de physiologie (greffes, application exogène d’hormone, ….) pour mieux comprendre comment les SL contrôlent la ramification de la plante en interaction avec les autres hormones (cytokinines, auxine…). Les mutants de biosynthèse de SL sont, de plus, utilisés en routine pour tester la bioactivité des analogues de SL synthétisés par le chimiste organicien de l’équipe.

    La mousse Physcomitrella patens, comme plante modèle pour les études évo-dévo
Au niveau évolutif, les SL sont des molécules très anciennes et sont synthétisées par les bryophytes dont fait partie P. patens. La facilité de manipulation in vitro et d’obtention de mutants chez cette espèce en fait un modèle idéal pour étudier l’évolution de la fonction des SL et des voies de signalisation. En particulier, la technologie CRISPR-Cas9 est très efficace pour le ciblage simple (ou multiple) de gène(s) chez P. patens.

    Arabidopsis, comme plante modèle en biologie moléculaire
Cette plante modèle phare de l’IJPB, est de plus en plus utilisée au laboratoire notamment pour tester la conservation des fonctions entre espèces. C’est aussi le modèle utilisé dans notre nouvel axe de recherche sur l’allélopathie pour établir des « preuves de concept » dans la découverte de nouveaux métabolites «allélopathiques» et les gènes associés.

Chimie organique et biochimie
La force de l’équipe CORAM est d’associer des compétences complémentaires (génétique, physiologie, chimie, biochimie). FD Boyer, basé à l’Institut de Chimie des Substances Naturelles (ICSN) à Gif sur Yvette (https://icsn.cnrs.fr/), synthétise des analogues synthétiques de SL et des SL naturelles et développe toute une gamme d’outils essentiels pour le laboratoire : sondes profluorescentes pour mieux comprendre les mécanismes de perception des SL, standards marqués pour la quantification de SL dans les tissus…
De nombreuses techniques de biochimie (DSF, Intrinsic Fluorescence, MicroScale Thermophoresis, Spectrométie de masse, RMN à très haut champ, Cristallographie) sont développées en interne ou dans le cadre de collaborations pour caractériser les récepteurs de SL et comparer les mécanismes de perception entre espèces et entre ligands.


Enjeux économiques et sociétaux
Les projets de l’équipe portent actuellement sur les SL, métabolites ayant des fonctions dans l’architecture de la plante, dans l’établissement de la symbiose avec les champignons du sol et dans la germination de graines de plantes parasites. Les plantes parasites de la famille des Orobanchacea comme les Striga et les Orobanches sont dévastatrices en Afrique, dans les pays méditerranéens et commencent à poser de gros problèmes en France sur le colza (Phelipanche ramosa) et sur tournesol (Orobanche cumana). De ce fait, nos projets s’insèrent complètement dans le contexte actuel de diversification des agrosystèmes et de réduction progressive des pesticides et des herbicides. Le développement de stratégies innovantes pour l’agriculture de demain avec la sélection de plantes adaptées à l’agroécologie se base sur les connaissances des défenses naturelles des plantes et des mécanismes moléculaires régulant leur interaction avec leur environnement.
D’autre part, les projets sur l’allélopathie qui se mettent en place dans l’équipe pour identifier notamment les bases génétiques des interactions entre plantes liées à la libération dans la rhizosphère de métabolites spécialisés visent à la sélection de variétés réprimant le développement de plantes adventices ou de génotypes adaptés aux associations végétales.
Contrôle de la ramification des plantes

Responsable :

Catherine Rameau
Retour