Caractérisation de la machinerie protéolytique associée à une remobilisation efficiente de l’azote pendant la sénescence dans le but d’optimiser l’efficience d’usage de l’azote chez le colza (Brassica napus L. )

Characterization of proteolytic machinery associated to an efficient remobilization of nitrogen during senescence in order to improve the nitrogen use efficiency of oilseed rape (Brassica napus L. )

• Auteur / Autrice : Marine Poret
• Direction : Jean-Christophe Avice
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences agronomiques, biotechnnologies agro-alimentaires
• Date : Soutenance en 2016
• Etablissement(s) : Caen
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ecophysiologie végétale, agronomie et nutritions NCS (Caen2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Normandie Université (2015-....)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Pascale Prud'homme
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Christophe Avice, Marie-Pascale Prud'homme, Patrick Gallois, Edouard Pesquet, Céline Masclaux-Daubresse, Alain Bouchereau
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Patrick Gallois, Edouard Pesquet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes -- Hormones

Protéomique végétale

Protéases

Plantes -- Vieillissement

Colza

Azote

Physiologie végétale

Résumé

Le colza est une oléoprotéagineuse exigeante en azote (N), présentant une faible efficience d’usage du N (EUA). Le défi majeur vise à améliorer le bilan agro-environnemental du colza par le biais d’une optimisation de l’EUA qui permettra un maintien voire une augmentation du rendement en réponse à une réduction des intrants azotés. Lors des stades végétatifs ou reproducteurs, l’EUA est limitée par une faible efficience de remobilisation du N (ERA) lors de la sénescence des feuilles ou des siliques. Les protéines correspondant à la principale forme de réserve de composés N remobilisables, l’objectif était de caractériser la machinerie protéolytique (identification et régulation des protéases actives) qui est associée à une remobilisation efficace du N lors de ces deux types de sénescence en conditions de limitation en nitrate. Au stade rosette, le génotype présentant une meilleure ERA était caractérisé par un ratio (acide salicylique + acide abscissique / cytokinines) élevé qui est parallèle à une accélération de la sénescence et à une plus forte dégradation des protéines solubles. Ainsi, une augmentation des activités des protéases à sérine et à cystéine et l’induction de l’activité de nouvelles protéases à cystéine (RD21, SAG12, AALP, RD19, XBCP3 et cathepsine-B) sont observées lors de la sénescence en réponse à une limitation en N. Ces différences génotypiques d’activités protéasiques sont détectables très précocement lors de la sénescence des cotylédons qui semble également être un bon modèle pour étudier la régulation de la protéolyse lors de la sénescence. Ce modèle a permis de vérifier l’implication des phytohormones dans la régulation des activités protéasiques. En parallèle, des protéases actives SAG12, RD21 et AALPs ont également été identifiées comme essentielles lors de la sénescence des péricarpes et leur implication dans la variabilité génotypique de l’ERA lors du remplissage des graines est postulée.

Oilseed rape is an oleoproteaginous crop with high nitrogen (N) demanding and characterized by a low N use efficiency (NUE). The main challenge to improve the agri-environmental balance of oilseed rape is to optimize NUE allowing a sustainable yield despite a reduction of N inputs. During vegetative or reproductive stages, EUA is limited by a low N remobilization efficiency (NRE) during leaf or pod senescence. As proteins correspond to the largest storage of N compounds that could be remobilized, the objective was to characterize the proteolytic machinery (identification and regulation of proteases) that is associated with efficient N remobilization in these two types of senescence in N limiting conditions. At rosette stage, the genotype with better NRE was characterized by an elevated (salicylic acid + abscisic acid / cytokinins) ratio that is parallel with the enhancement of senescence and higher protein degradation. Thus increased activity of serine and cysteine proteases and the induction of new cysteine protease activities (RD21, SAG12, AALP, RD19, XBCP3 and cathepsin-B) are observed during senescence in response to N limitation. These genotypic differences of protease activities are detectable during the senescence of cotyledons which also appeared to be a good model to study the senescence regulation. This model was used to validate the involvement of the hormones in the regulation of protease activities. In parallel, active proteases SAG12, RD21 and AALPs were also identified as essential during senescence of pericarps and their involvement in the genotypic variability of ERA during seed filling is postulated.