Gènes impliqués dans l’absorption du nitrate

L’absorption du nitrate est assurée par des transporteurs membranaires spécifiques appelés « Nitrate Transporter » (NRT). Si la concentration en nitrate dans le sol est faible (inférieure à 200µM), l'absorption est essentiellement assurée par le système de transport à haute affinité (HATS ou « High Affinity Transporter System »). Si la concentration de nitrate est forte, le système de transport à faible affinité (LATS ou « Low Affinity Transporter System ») entre en jeu (Forde et Clarkson, 1999; Forde, 2000). Pour chacun des systèmes de transport, les formes inductible et constitutive coexistent, c’est-à-dire LATS i, LATS c, HATS i, HATS c et l’expression de ces 4 formes est importante pour une meilleure absorption.

A chaque système de transport correspondent plusieurs gènes codants. Les gènes de la famille NRT1 codent pour les transporteurs à faible affinité avec le nitrate (LATS) et les gènes de la famille NRT2 pour

1 Locus de caractères quantitatifs

2 Efficience de l’absorption de l’azote

17 les transporteurs à forte affinité avec le nitrate (HATS) (Orsel et al., 2002). Récemment, une nomenclature unifiée a été proposée pour la famille NPF (« nitrate transporter1/peptide transporter » ou NRT1/PTR). Dans cette famille de 53 gènes chez Arabidopsis thaliana, qui peut aussi transporter des acides aminés, des protéines, des hormones (auxines et acide absicique), seulement deux sont impliqués dans l’acquisition du nitrate du sol (Krapp et al., 2014). En revanche tous les transporteurs de la famille NRT2 isolés chez les plantes supérieures sont des transporteurs de nitrate (Wang et al., 2012). Chez Arabidopsis thaliana, au moins 4 des membres de la famille NRT2 sur 7 sont des transporteurs de nitrate à haute affinité localisés dans les racines (Krapp, 2015). La fonction des 4 gènes (NRT2.1, NRT2.2, NRT2.4 et NRT2.5) dans les racines est connue (Orsel et al., 2002). NRT2.1 s’exprime dans l’épiderme et les cellules corticales des racines matures (Figure 4) et assure l’essentiel du transport de nitrate en conditions de faible concentration en nitrate (Wirth et al., 2007). NRT2.2 contribue plus faiblement. Il existe une interaction entre les gènes NRT2 et une protéine membranaire NAR2 (NRT3;Figure 4) qui est nécessaire pour l’absorption du nitrate. Il existe aussi un troisième type de transporteurs de nitrate appartenant à la famille des canaux chloriques (CLC) (Wang et al., 2012).

Pour le riz, il existe plus de 93 gènes NPF (Tsay et al., 2007; Zhao et al., 2010) mais leur rôle est encore peu connu (Li et al., 2015b) et 5 gènes de la famille NRT2 (Araki et Hasegawa, 2006; Cai et al., 2008). Pour les NPF, Li et al. (2015 b) ont étudié la fonction du gène OsNPF2.2 de quatre variétés de riz mutants, ils ont trouvé l’importance de OsNPF2.2 dans l’allocation de nitrate dans la plante et la croissance normale du riz. Ce gène est fortement exprimé dans les panicules, ce qui suggère que OsNPF2.2 contrôle le transport de nitrate vers les épillets. Pour les NRT2, Yan et al. (2011) ont étudié l’interaction entre OsNAR2.1 et 3 gènes OsNRT2 d’une variété témoin (Nipponbare) et de mutants (génération T2) de riz, les résultats ont montré que OsNAR2.1 interagit avec OsNRT2.1, OsNRT2.2 et OsNRT2.3a et joue un rôle important permettant à la plante de faire face à la teneur variable de nitrate. L’étude menée par Fan et al. (2016) sur huit lignées de riz transgéniques a montré que la surexpression du gène NRT2.3b améliore la croissance, le rendement et le NUE de 40%, et une amélioration de la taille de la panicule a été observée. Chen et al. (2016) ont étudié la relation entre l’efficience agronomique de l’azote et l’expression des gènes NRT2 et NAR2 et ils ont conclu que l’augmentation de l’expression de NRT2.1, qui a comme promoteur le gène NAR2.1, améliore le NUE du riz.

18 Figure 4: Fonction de nitrate transporter (NRT) d’Arabidopsis thaliana dans les cellules de la

racine et de la tige

Les membres des familles NRT2, NRT3 et NPF sont impliqués dans l’absorption du nitrate du sol, nitrate exporté de la racine vers le sol et la distribution du nitrate dans la plante.

Source : Krapp, 2015

II.2.3. Gènes impliqués dans l’absorption de l’ammonium

L’ammonium est la deuxième source d’azote dans le sol, son absorption est assurée par des « Ammonium Transporter (AMT)» grâce à des systèmes à forte et à faible affinité (Wang et al., 1994). Ces deux systèmes sont représentés respectivement par les sous-familles AMT1 et AMT2. Si les plantes peuvent accumuler d’importantes quantités de nitrate, c’est le contraire pour l’ammonium, les plantes ne supportent pas une concentration d’ions ammonium trop élevée à cause de sa toxicité, à l’exception du riz qui est parmi les rares plantes qui peuvent s’adapter à la nutrition ammoniacale (Lea et Azevedo, 2006). Pour Arabidopsis thaliana, 6 gènes codent pour des transporteurs d’ammonium (Von wiren et al., 2000). AtAMT1.1, AtAMT1.2, AtAMT1.5 et AtAMT2.1 sont exprimés principalement dans les tiges et les racines, tandis que AtAMT1.3 s’exprime spécifiquement dans les racines et AtAMT1.4 spécifiquement dans le pollen.

Pour le riz, bien que l’ammonium soit la forme principale d’alimentation en azote, l’information reste limitée sur les transporteurs d’ammonium. Douze gènes appartenant à la famille des transporteurs d’ammonium sont répertoriés chez le riz pouvant être rassemblés en 5 groupes (Li et al., 2017). OsAMT1.1 est exprimé dans les racines et les tiges et induit par l’ammonium. OsAMT1.2 est induit par l’ammonium

19 exclusivement dans les racines et OsAMT1.3 est induit par une déficience en azote dans les racines. L’expression de OsAMT1.1 et OsAMT1.2 dans les racines est positivement corrélée à la glutamine dans les tissus racinaires, ce qui suggère que la glutamine est un régulateur potentiel de OsAMT1 qui est impliqué dans le transport de l’azote dans les racines (Sonoda et al., 2003). OsAMT2.1 est exprimée de façon constitutive dans les tiges et les racines quelle que soit la source d’azote. OsAMT3.1 est faiblement exprimé (Suenaga et al., 2003).