Projet 2: Interactions métaboliques et flux pour une amélioration quantitative et qualitative de la biomasse végétale

Résumé:

L'agriculture durable et l'utilisation des plantes pour la biomasse et la chimie verte nécessiteront une ingénierie biochimique des plantes pour réorienter le métabolisme végétal. Ces objectifs sont entravés par notre mauvaise compréhension des étapes métaboliques qui contrôlent les réseaux métaboliques complexes et par l'absence d'une vision intégrative et dynamique du métabolisme des plantes. Il est donc important d'identifier les goulets d'étranglement métaboliques pour guider la sélection végétale et le génie génétique. L'un des principaux objectifs de ce projet était de fournir une vision intégrée des interactions entre les fonctions métaboliques des plantes telles que la photosynthèse, la photorespiration, le cycle de Krebs, l'assimilation de l'azote, le métabolisme des acides aminés et la synthèse du NAD, y compris les mécanismes de régulation post-traductionnelle et les flux métaboliques. Pour ce faire, des approches complémentaires ont été utilisées, notamment la biochimie, les technologies des protéines recombinantes, l'échange gazeux des feuilles, le marquage ¹³C et ¹⁵N, la métabolomique, la phosphoprotéomique et la génétique inverse. Les principaux résultats sont les suivants : L'identification des phosphorylations différentielles lumière/obscurité des enzymes du métabolisme primaire, y compris les protéines photorespiratoires et les enzymes impliquées dans les voies glycolytiques et de biosynthèse alternative de la sérine. La preuve que la biosynthèse du NAD est un processus qui limite le rendement des plantes. Une interaction coordonnée entre les activités photosynthétiques et photorespiratoires est nécessaire au développement des plantes dans l'air, car un cycle photorespiratoire bloqué a un impact négatif sur la photosynthèse, ce qui modifie l'allocation de C et le contenu en RuBisCo. La présence d'une voie alternative pour la distribution du C respiratoire via la synthèse et le recyclage de la lysine contribue à la flexibilité métabolique. Les perspectives comprennent la réalisation d'une biologie translationnelle pour fournir la preuve que l'augmentation de la biosynthèse du NAD pour améliorer le rendement est applicable aux plantes d’intérêt agronomique et la possibilité de moduler la phosphorylation des protéines pour améliorer l'assimilation du CO₂ photosynthétique et le rendement.

Publications :

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Baslam M, Mitsui T, Hodges M, Priesack E, Herritt MT, Aranjuelo I, Sanz-Sáez A. (2020) Photosynthesis in a changing global climate: Scaling up and scaling down in crops. Front Plant Sci. 11:882

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Communications lors de congrès:

Gordon conference “CO₂ assimilation in plants”, Waterville, USA (June 2014): “Interactions between day respiration and photorespiration”, Guillaume Tcherkez.

Photorespiration: Key to better crops, Warnemünde, Germany (June 2015): “Protein phosphorylation and photorespiration”, Michael Hodges

Journées de la Sociéte Française de Photosynthèse, ENS Paris, France (June 2016): “The interaction between photosynthesis and photorespiration in Arabidopsis leaves”, Michael Hodges

Gordon Research Conference : Adapting Plants to Insure Against an Uncertain Future: CO₂ Assimilation in Plants from Genome to Biome, Lucca Italy (2017) Phosphoregulation of photorespiratory enzymes. Michael Hodges

2nd International SPS conference: Plant Sciences for the Future, Orsay France (July 2018) Making photosynthesis great again. Invitation SPS.

KAAB International Symposium: Frontiers in Plant Science and Biotechnology, Niigata Japan (2018) Trying to improve photosynthesis by modifying photorespiration and stomatal movements. Invitation M. Baslam.

Autres productions:

Brevet: De Bont L., Gakière B. French Patent 14 51445 « Plantes à rendement accru et méthode d’obtention de telles plantes » (2014), extension (24 fev 2015) PCT WO2015124799 : EP3110832A1 (Europe), US20160362702 (USA)