Caractérisation du rôle de gènes PTR d'Arabidopsis thaliana dans le transport de NO3-

The aim of this work was to initiate a functional genomic approach in order to characterized the Arabidopsis thaliana PTR gene family. An in silico analysis allows us to identify 51 PTR genes. The functions of most of these genes remains unknown. Transcript profiling of a large number of putative NO3 – transporters (PTR and NRT2 family) and NH4 + (AMT family) has been done using a dedicated GST (Gene Sequence Tag) macro-array. A large numbers of PTR genes are expressed in roots. Some PTR genes are regulated by the N source, the N status, light and sugars or potassium availability. The functions of two genes AtNRT1.2 and AtNRT1.5 have been investigated using KO mutants. The phenotype of AtNRT1.2 mutant confirms a role of the gene in cLATS (constitutive Low Affinity Transport System) of nitrate. Results concerning AtNRT1.5 show that the gene has a unique role in nitrate transport. The AtNRT1.5 transcript accumulation is localized specifically in root stele. Inactivation of AtNRT1.5 is correlated with a deficiency in the export of NO3 - from root to shoot when plants are grown on NH4NO3 as sole N source. AtNRT1.5 is the 1st NO3 - transporter known to be involved in this function. This influx transporter may favor the NO3 - secretion into the xylem sap by reabsorbing ions present in the apoplasm into the stele symplasm. Transcript profiles of the mutant and the wild type have been compared using the dedicated macro-array. Inactivation of AtNRT1.5 has important consequences on the expression of PTR and AMT genes. The significance of these molecular responses remains to be understood.

L’objectif du travail a été d’initier une approche de génomique fonctionnelle sur la famille PTR chez Arabidopsis thaliana. Après analyse in silico, 51 gènes PTR, dont la grande majorité sont inconnus ont été identifiés. Des études d’expression systématiques sur une grande majorité des transporteurs putatifs de NO3 - (PTR and NRT2) et NH4 + (AMT) présents chez A. thaliana ont été menées à bien grâce à une membrane basse densité thématique à GST (Gene Sequence Tag). Les résultats de ces études, ainsi que ceux des validations individuelles par Northern blot, montrent que de nombreux gènes PTR sont exprimés dans les racines, où certains sont régulés au niveau transcriptionnel par (i) la nature de la source de N (ii) le statut nutritionnel en N de la plante (iii) la lumière et les sucres et (iv) la nutrition potassique. La suite du travail s’est focalisée sur l’analyse fonctionnelle d’AtNRT1.2 et AtNRT1.5. L’étude d’un mutant KO d’AtNRT1.2 a confirmé qu’AtNRT1.2 joue un rôle important dans la composante constitutive du système d’absorption à faible affinité de NO3 -. Les résultats obtenus avec AtNRT1.5 se sont révélés très originaux. L’expression de ce gène est essentiellement localisée dans la stèle de la racine. De plus, le mutant KO est affecté dans l’exportation du nitrate des racines vers les parties aériennes, plus particulièrement en conditions de nutrition mixte (NO3 -/NH4 +). AtNRT1.5 est le premier transporteur identifié comme étant directement impliqué dans cette étape cruciale. L’hypothèse avancée pour la fonction de ce transporteur est qu’il favorise la sécrétion de NO3 - dans le xylème en assurant la ré-absorption de cet ion par les cellules du parenchyme de la stèle. Par ailleurs, nous avons identifié des reprogrammations importantes de l’expression des autres transporteurs PTR et AMT provoqués par la mutation d’AtNRT1.5. La signification de ces réponses moléculaires reste encore à explorer.