Notre agriculture fait face au défi de la transition agroécologique avec notamment la nécessité de réduire progressivement l’usage des herbicides. Le développement de stratégies innovantes pour l’agriculture de demain pourrait venir de nouvelles connaissances sur les mécanismes naturels de régulation des interactions plantes-plantes, comme l’allélopathie. Ce processus par lequel les plantes libèrent des composés chimiques dans la rhizosphère, molécules modifiant la croissance des plantes voisines, apparaît comme un levier intéressant pour favoriser la régulation biologique des adventices. A ce jour, peu de composés allélopathiques ont été identifiés et nos connaissances sur les mécanismes moléculaires en jeu sont limitées, en partie lié à des contraintes méthodologiques. L’équipe SAS développe des projets couplant des approches de génétique et de métabolomique afin d’identifier les gènes et les métabolites impliqués dans l’allélopathie. En utilisant un dispositif innovant de phénotypage des propriétés allélopathiques et des études de génomique d'association (GWAS), il a été possible d’identifier des gènes candidats potentiellement impliqués dans la biosynthèse de signaux allélopathiques chez la plante modèle Arabidopsis.    

Les strigolactones (SL) sont perçues par les plantes terrestres en tant qu’hormone végétale, par les plantes parasites de la famille des Orobanchaceae (genres Striga, Orobanche, Phelipanche) en tant que stimulant de la germination, et par les champignons endomycorhiziens à arbuscules en tant que signal de la présence d’un hôte. Le récepteur des strigolactones chez les plantes vasculaires (D14 du riz, RMS3 du pois) fait partie de la grande famille des α/β-hydrolases. Ces protéines sont à la fois des récepteurs et des enzymes. Après avoir caractérisé le mécanisme original par lequel le récepteur des SL effectue une réaction enzymatique irréversible pour générer son propre ligand, l’équipe s’est intéressée aux protéines KAI2, homologues de D14. La caractérisation des mutants kai2 de plusieurs espèces suggère que ces protéines perçoivent des composés allélochimiques de la rhizosphere comme les karrikines, mais aussi un (ou des) composé(s) endogènes encore inconnu. Chez les plantes parasites obligatoires telles qu’Orobanche cumana, parasite du tournesol, on observe (comme chez la mousse P. patens, voir ci-dessous) une diversification importante des protéines KAI2, qui suggère une diversité de composés perçus. L’équipe développe des projets combinant des approches de génétique, de biochimie et de chimie pour identifier les ligands de ces protéines KAI2 et décrire les mécanismes de perception associés.

Une étude récente sur la bryophyte Marchantia paleacea suggère que chez les premières plantes terrestres, les strigolactones n’avaient pas de rôle hormonal mais plutôt un rôle dans la rhizosphère, notamment pour la mise en place de la symbiose avec les champignons mycorhiziens. Chez la bryophyte modèle utilisée au laboratoire, la mousse Physcomitrium patens, les strigolactones semblent avoir un rôle hormonal (régulant le développement) et allélopathique car exsudées par les plantes et régulant l’extension des plantes voisines. L’équipe a identifié de nombreux homologues des récepteurs de strigolactones chez la mousse (protéines PpKAI2L) et cherche à mieux comprendre l’évolution des voies de signalisation de ces molécules, par des approches de génétique moléculaire. La technologie de CRISPR-Cas9, permettant l’édition multiple de gènes chez P. patens, est utilisée pour obtenir des mutants et des lignées sur-exprimant des protéines. Parallèlement, l’équipe cherche à identifier la structure des molécules allélopathiques chez Physcomitrium patens (strigolactones et ligands de KAI2). 

 En 2008, les strigolactones sont devenues une nouvelle classe d’hormones végétales pour leur rôle dans le contrôle de la ramification, découverte à laquelle l’équipe a participée. Malgré le départ en retraite de Catherine Rameau en avril 2024, les travaux sur le contrôle de la ramification du pois se poursuivront dans l’équipe, notamment au travers de collaborations déjà en place avec Christine Beveridge (Queensland University, Australie).  Une des questions qui se posent actuellement est l’identification des strigolactones qui inhibent la ramification chez le pois. Chaque espèce de plante produit un mélange de différentes strigolactones, et les gènes impliqués dans la diversification de ces molécules (en aval de la voie de biosynthèse) ne sont pas tous connus. Très récemment, l’équipe s’est engagée dans un projet d’édition du génome du pois, en collaboration avec l’équipe DRAGON (Fabien Nogué).