Etude de systèmes protéolytiques et anti-protéolytiques impliqués dans la remobilisation de l'azote au cours de la sénescence chez les Brassicacées (Arabidopsis thaliana L., Brassica napus L)

par Maxence James

Thèse de doctorat en Sciences agronomiques, biotechnologies agro-alimentaires

Sous la direction de Philippe Etienne.

Le président du jury était Marie-Pascale Prud'homme.

Le jury était composé de Philippe Etienne, Anne Repellin, Bertrand Hirel, Jacques Trouverie, Michèle Reisdorf-Cren.

Les rapporteurs étaient Anne Repellin, Bertrand Hirel.


  • Résumé

    Le colza (Brassica napus L.) est une plante de grande culture particulièrement exigeante en azote (N) et caractérisée par une faible Efficience d’Usage de l’Azote (EUA), principalement due à une mauvaise Efficience de Remobilisation de l’Azote (ERA) au cours de la sénescence foliaire. L’optimisation de l’ERA est donc un enjeu majeur pour améliorer le bilan agro-environnemental de cette culture. La dégradation des protéines étant l’un des processus clés de la remobilisation de l’N associée à la sénescence, l’objectif de ce travail est d’identifier et caractériser les principaux acteurs de la protéolyse lors de la sénescence naturelle ou induite par une limitation en N. Chez la plante modèle Arabidopsis thaliana cultivée en condition de forte disponibilité en N (HN), nous avons montré que SAG12 est une protéase majeure lors de la sénescence foliaire afin d’assurer la remobilisation de l’N essentielle à l’élaboration du rendement et au remplissage en N des graines. En effet, nos travaux montrent que le rôle de SAG12 est central et qu’en absence de son activité, d’autres protéases appartenant au CPs, mais aussi à d’autres classes (protéases à aspartate ; APs), sont sollicitées pour soutenir la remobilisation de l’N foliaire. Dans ce contexte, AED1 (une APs CND41-like) est particulièrement intéressante puisqu’elle semble collaborer étroitement avec SAG12. Par ailleurs, cette étude met en évidence pour la première fois une localisation racinaire de SAG12. Dans cet organe, le rôle de SAG12 est crucial pour remobiliser l’N des racines pour maintenir le rendement et la teneur en N des graines lorsque les plantes sont soumises à une limitation en N. Un autre volet de ce travail a consisté à étudier d’autres moyens de réguler l’activité protéolytique en se focalisant notamment sur des systèmes anti-protéolytiques. Cette étude suggère qu’une Water Soluble Chlorophyll binding Protein (WSCP), la protéine WSCP1, porte effectivement une double fonction de protection des chlorophylles et d’inhibiteur de protéases à sérine, ce qui en fait un potentiel candidat pour prolonger la durée de vie des feuilles et ainsi réduire l’asynchronisme entre la période de vidage des feuilles et la période de remplissage en N des graines.L’ensemble de ces travaux permet de proposer de nouveaux candidats pertinents pour la sélection de variétés de colza présentant une remobilisation efficiente de l’N dans un contexte de limitation des intrants azotés.

  • Titre traduit

    Functional study of proteolytic systems involved in nitrogen remobilization during leaf senescence of rapeseed


  • Résumé

    Rapeseed (Brassica napus L.) is a field crop plant that is particularly requiring nitrogen (N) and characterized by a low Nitrogen Use Efficiency (NUE), mainly due to a poor Nitrogen Remobilization Efficiency (NRE) during foliar senescence. The optimization of NRE is therefore a major challenge to improve the agro-environmental balance of this crop. Since protein degradation is one of the key processes in the remobilization of N associated with senescence, the objective of this work is to identify and characterize the main actors of proteolysis during natural or induced by N limitation senescence. In the plant model Arabidopsis thaliana grown under high N conditions (HN), we have shown that SAG12 is a major protease during leaf senescence to ensure the remobilization of N essential for yield and seed N filling. Indeed, our work shows that the role of SAG12 is pivotal and that in the absence of its activity, other proteases belonging to the CPs but also to other classes (aspartate proteases; APs) are requested to support the remobilization of foliar N. In this context, AED1 (a CND41-like APs) is particularly interesting since it seems to collaborate closely with SAG12. In addition, this study shows for the first time a root localization of SAG12. In this organ, the role of SAG12 is crucial, in particular to remobilize N from the roots to sustain yield and N content of the seeds when plants face an N limitation. Another aspect of this work was to study other ways of regulating proteolytic activity, focusing in particular on anti-proteolytic systems. This study suggests that a Water Soluble Chlorophyll binding Protein (WSCP), the WSCP1 protein, has effectively a dual function of chlorophyll protection and serine proteases inhibition, which make it a potential candidate to extend leaf lifespan and thus, reduce asynchronism between leaf emptying time and the N seed filling time.Altogether, these results allow to suggest new relevant candidates for the selection of rapeseed varieties with an efficient N remobilization in a context of nitrogen input limitation.


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  • Sous le titre : Etude de systèmes protéolytiques et anti-protéolytiques impliqués dans la remobilisation de l'azote au cours de la sénescence chez les Brassicacées (Arabidopsis thaliana L., Brassica napus L)
  • Détails : 1 vol. (145 p.)
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