Protéomique Shotgun des graines de féveroles : vers l’identification de protéines associées à la résistance aux bruches

Le protéome des graines en développement de lignées recombinantes issues du croisement entre desgénotypes de féverole résistants et sensibles aux bruches a été étudié par l’approche shotgun. Cetravail a permis d’identifier 749 protéines au début du remplissage des graines, dont 80 sontdifférentiellement accumulées entre les lignées sensibles et résistantes aux bruches. En plus de fournirun premier aperçu des protéines présentes à ce stade clé du développement des graines chez laféverole, ces données ont fait émerger des protéines candidates pour améliorer la résistance desgraines aux bruches. Parmi les protéines préférentiellement accumulée dans les lignées résistantes estune glycoprotéine …

Optimiser et stabiliser la composition protéique des graines de légumineuses

International audience

High quality genome sequence reveals important events during domestication of White Lupin

Prod 2019-88m BAP GEAPSI INRA; International audience; White lupin (Lupinus albus; 2n=50) is the only crop producing cluster roots, an outstanding developmental adaptation to low phosphate soils. We report a high-quality chromosome-scale assembly of white lupin genome, together with an extensive transcriptome data from ten different organs. We used singlemolecule real-time technology, in combination with short-reads sequencing and optical and genetic maps to have a successful assembly. The final assembly size is 443 Mb with a N50 of 17 Mb. About 98% of the assembled genome is included on the 25 pseudo-chromosomes. The structural annotation identified 38258 coding genes and 3,129 ncRNA, bein…

A holistic overview of the impact of sulfur deficiency in pea facing water deficit

We report on the interplay between water deficit and sulfur deficiency, two constraints that are increasingly faced by crops due to climate change and low-input agricultural practices. In particular, we aim at better understanding the role of sulfur nutrition in the trade-off between seed quality establishment and plant stress tolerance in pea (Pisum sativum L.), a grain legume crop which has a pivotal role to play in both agroecological and food transitions. Like other legumes, pea is able to accumulate large amounts of seed proteins even in the absence of nitrogen fertilizers thanks to its symbiosis with N2-fixing soil bacteria. In this study, we deprived pea plants (cv. Caméor) of sulfur…

Impact of Bacterial Siderophores on Iron Status and Ionome in Pea

National audience; Including more grain legumes in cropping systems is important for the development of agroecological practices and the diversification of protein sources for human and animal consumption. Grain legume yield and quality is impacted by abiotic stresses resulting from fluctuating availabilities in essential nutrients such as iron deficiency chlorosis (IDC). Promoting plant iron nutrition could mitigate IDC that currently impedes legume cultivation in calcareous soils, and increase the iron content of legume seeds and its bioavailability. There is growing evidence that plant microbiota contribute to plant iron nutrition and might account for variations in the sensitivity of pe…

Membre de la CSS EGBIP et du bureau

Use of translational genomics to identify genes important for legume seed filling

International audience; Translational genomics, i.e., the transfer of genetic information from model species to cultivated crops, is on the brink of revolutionizing plant breeding. The recent publication of genomic sequences for several cultivated legumes is also accelerating this process. For pea, recent highthroughput RNA sequencing, and the prospect of a genome sequencing project, will further accelerate the transfer of information from the Medicago truncatula model to the cultivated crop. We have been using genomics approaches with Medicago as a tool to identify key genes determining seed yield and composition in closely related legumes. Analyses of the proteome and transcriptome of the…

Déterminisme de la qualité : lien avec la fertilisation

Participation à l’animation de la formation « Innover avec les protéines végétales », organisée par la SATT (Société d'Accélération du Transfert de Technologie) GRAND EST et destinée à des professionnels. Communication d’1h30 sur « Les matières premières végétales d’intérêt »

Déterminisme génétique de la qualité de la graine chez le pois et outils pour la sélection

Document de synthèse du groupe de travail "enjeux et questions de recherche sur protéines végétales communes entre les départements TRANSFORM & BAP"

National audience

Des potentiels régulateurs des réponses au stress hydrique et à la carence en soufre identifiés grâce à une analyse multi-omiques chez le pois

Dans leur environnement naturel, les plantes doivent faire face à plusieurs stress biotiqueset abiotiques au cours de leur cycle de développement. Certains de ces stress peuventsurvenir au même moment – comme le stress hydrique et les carences nutritionnelles – etpeuvent avoir des effets synergiques, antagonistes ou additifs sur les réponses moléculairesdes plantes. Chez le pois (Pisum sativum), il a été observé que l’effet de la carence en soufre(S) sur la composition protéique des graines peut être atténué lorsque cette carence estcombinée à un stress hydrique (Henriet et al., 2019). Afin de mieux caractériser les réponsesmoléculaires du pois au stress hydrique et/ou à la carence en S, un…

Dissection of pea responses to water stress during seed filling identifies candidate genes for drought tolerance

International audience; Given their ability to fix atmospheric nitrogen, legumes are pivotal to the development of sustainable agriculture in Europe as a source of protein for food and feed. Pea (Pisum sativum) is currently the leading grain legume crop in France and major efforts are being made to reintroduce legumes as protein crops in Europe. However, instability of seed yield and quality due to environmental fluctuations still represent a real barrier for the development of these cultures, and breeding for stable yields is needed. In pea, drought stress occurring during the reproductive phase can greatly affect seed yield and quality. We investigated the response of pea plants (var. Cam…

Table ronde « Quelles opportunités et enjeux pour les protéines animales et végétales en région BFC ?

Summer School Plant Science, Angers : Conception et participation à la session « Physiology and Nutritional Quality of seeds », avec Françoise Montrichard (IRHS Angers, équipe SESaN). Séminaire (1h) et travaux pratiques (3 h) : étude de la composition protéique des graines de légumineuses.

étude de la composition protéique des graines de légumineuses.

National audience

Membres du comité d’organisation logistique local

International audience

Mobiliser le levier génétique pour améliorer et stabiliser la valeur protéique des graines de pois

National audience; Présentation de l'Atelier :Les protéines sont des macronutriments majeurs dans l’alimentation des hommes et des animaux. Or la production de protéines végétales est toujours déficitaire en France qui a recours à des importations pour couvrir ses besoins.Les légumineuses contiennent plus de protéines que les céréales. En outre, leur culture contribue à la mise en œuvre de systèmes moins demandeurs en intrants qui peuvent ainsi, seuls, en rotation ou en mélange, contribuer efficacement à la démarche one health, vers une meilleure santé globale des hommes, des animaux, des cultures et de l’environnement. Améliorer la qualité des protéines végétales, tout en maintenant voire …

Disentangling the complexity and diversity of crosstalks between S and other mineral nutrients in cultivated plants

International audience

Role of vacuolar sulfate in nutritional quality of pea seeds

Grain legumes have a key role to play in both agroecological and food transitions. Indeed, these plants are able to accumulate large amounts of proteins in their seeds even in the absence of nitrogen fertilization thanks to symbiotic N2 fixation in the root nodules. However, legumes are exposed to abiotic stresses, including nutrient deficiencies, making it important to optimize nutrient use efficiency for maintaining seed protein content and quality. Seed protein quality refers to the ability of the seed proteins to meet the body’s requirements for essential amino acids. It strongly depends on the amino acid balance, which determines protein digestibility. In pea (Pisum sativum) seeds, met…

Use of translational genomics to identify genes important for legume seed development

BAP Pôle GEAPSI; International audience; We have exploited the extensive synteny between the model legume Medicago truncatula and the cultivated garden pea, Pisumsativum, to identify loci controlling seed filling and seedcomposition in the crop species. QTLs for these traits are mapped by analyzing variation with in collections of recombinant inbred lines. Candidate genes with in the QTL intervals are identified by reference to the M.truncatula genomic sequence. This approach was used to uncover an endosperm subtilase that is associated with syntenic seed weight QTLs in Medicago and pea, and we discuss the possible role played by this enzyme in contributing to final seed weight.

The role of sulfur nutrition in the pea response to drought

International audience

The pea genome... Now and After

Having a genome sequence available is a critical step towards unravelling functional diversity and establishing genome-enabled breeding. The recently generated pea genome sequence represents a great tool for genomicists, geneticists and breeders not only for the pea community but also for legume research. In the genome project, re-sequencing data revealed the considerable diversity present in the Pisum genus. In the PeaMUST and GRASP project, an unprecedented effort was made to genotype large pea collections using the exome capture technology. This high density SNP data was exploited in genome-wide association studies (GWAS) on a large number of traits related to yield, symbiose, as well as…

Rôle du métabolisme du soufre dans la plasticité de la composition protéique des graines de légumineuses vis-à-vis des stress abiotiques

Les légumineuses comme le pois peuvent contribuer à répondre à la demande croissante en protéines végétale dans un contexte agroécologique. En effet, elles sont capables d’accumuler de grandes quantités de protéines dans leurs graines en l’absence de fertilisation azotée grâce aux symbioses de leurs racines avec des bactéries fixatrices de l’azote de l’air. Cependant, bien que certains constituants réputés antinutritionnels aient été réduits dans les graines des variétés de légumineuses, la fraction protéique reste à améliorer en fonction des usages, et à stabiliser en quantité et en qualité. En exploitant la diversité génétique disponible chez la légumineuse modèle Medicago truncatula, et …

Multi-omics network analysis identifies putative regulators of molecular responses to water stress and sulfur deficiency in Pisum sativum

Plants in their physical environment face multiple biotic and abiotic stresses duringtheir life cycle. In nature, environmental stresses often co-occur – such as water deficit andnutrient deficiencies – and can have synergistic, antagonistic or additive effects on the plantmolecular responses. In pea (Pisum sativum), combination of water stress (WS) and sulfur (S)deficiency showed a mitigation effect on the seed protein composition, as compared to Sdeficiency occurring alone (Henriet et al., 2019). To better understand how pea responds toWS and/or S deficiency, a multi-omics (transcriptomics, proteomics, metabolomics, ionomics)analysis has been performed from leaf samples collected during a…

Germination and storage protein mobilisation of Trifolium subterraneum Var 45C seeds under hypoxic treatment

International audience; The rate, speed and latency period of germination were defined for seeds of Trifolium subterraneum variety 45 C. The latency period was 12 hours on distilled water. The hypoxic stress was applied at the beginning (T12) and the end of latency period (T24). It consists on the addition of nitrogen (N2) under 1 bar pressure in hermetically closed boxes during 2 hours. The germination of treated seeds was then assessed on distilled water. The germination test during hypoxic treatment showed that the hypoxic stress delayed germination, slowing down its speed and decreasing the final percentage of germinated seeds. In order to better understand this depressive effect observ…

Towards bruchid resistance in pulses

Prod 2019-88ff BAP GEAPSI INRA; National audience; Seed weevils (Bruchus spp.) are major pests of pulses, causing yield losses and affecting marketability 1,2 . Available insecticides have low efficiency and important negative impacts on the environment, humans and non-target organisms. Therefore, breeding resistant varieties represent the most promising strategy to overcome seed weevils. The pyramiding of several resistance genes in cultivars is an important objective because this will make the resistance more durable and suitable for sustainable agriculture. The PeaMUST project (ANR-11-BTBR0002) aims at discovering the mechanisms of tolerance and resistance to bruchids in pea (Pisum sativ…

Etude du rôle de la nutrition soufrée dans la réponse du pois au stress hydrique: vers la construction de réseaux protéiques

International audience

L'amélioration de la qualité de la graine dans toutes ses dimensions, par le levier génétique

Les légumineuses sont capables d’accumuler des quantités importantes de protéines dans leurs graines même en l’absence d’engrais azoté, ce qui fait d’elles des espèces à haut potentiel pour relever les défis alimentaires et accompagner la transition agroécologique. Des avancées génétiques ont permis de réduire la présence de certains facteurs « anti-nutritionnels » dans les graines de pois et de féverole (exemple des variétés pauvres en tanins, en inhibiteurs trypsiques, ou en vicine et convicine). Afin de promouvoir l’utilisation de ces graines en alimentation humaine, il est nécessaire d’aller plus loin dans l’amélioration de leur valeur nutritionnelle, en termes de teneur et composition …

GWAS results in response to sulfur deficiency

Proteomics of different tissues

Livre publié sous forme électronique; International audience

Bruchid resistance in pulses

Prod 2019-213a BAP GEAPSI INRA; National audience

Sulfate transporters in the plant’s response to drought and salinity: regulation and possible functions

International audience; Drought and salinity are two frequently combined abiotic stresses that affect plant growth, development, and crop productivity. Sulfate, and molecules derived from this anion such as glutathione, play important roles in the intrinsic responses of plants to such abiotic stresses. Therefore, understanding how plants facing environmental constraints re-equilibrate the flux of sulfate between and within different tissues might uncover perspectives for improving tolerance against abiotic stresses. In this review, we took advantage of genomics and post-genomics resources available in Arabidopsis thaliana and in the model legume species Medicago truncatula to highlight and …

Transcriptional response of Medicago truncatula sulphate transporters to arbuscular mycorrhizal symbiosis with and without sulphur stress

Sulphur is an essential macronutrient for plant growth, development and response to various abiotic and biotic stresses due to its key role in the biosynthesis of many S-containing compounds. Sulphate represents a very small portion of soil S pull and it is the only form that plant roots can uptake and mobilize through H(+)-dependent co-transport processes implying sulphate transporters. Unlike the other organically bound forms of S, sulphate is normally leached from soils due to its solubility in water, thus reducing its availability to plants. Although our knowledge of plant sulphate transporters has been growing significantly in the past decades, little is still known about the effect of…

Importance des voies de recyclage de la méthionine dans le contrôle de la plasticité de la composition protéique des graines

International audience; La production de protéines végétales en France et en Europe nécessite de fournir des outils d’aide à la sélection de variétés de légumineuses produisant des graines de meilleure valeur nutritionnelle possible. Bien que certains constituants réputés antinutritionnels aient été réduits dans les graines des variétés de légumineuses, la fraction protéique reste à améliorer et à stabiliser pour d’avantage d’équilibre en acides aminés. Cet enjeu nécessite d’identifier les gènes contrôlant la composition protéique des graines et sa plasticité vis-à-vis de l’environnement. Une approche de génétique d’association à l’échelle du génome (GWAS) appliquée à 200 écotypes de Medica…

Recherche des gènes contrôlant la plasticité de la composition protéique des graines vis-à-vis de l’environnement par une approche GWAS chez Medicago truncatula

National audience; Les légumineuses sont capables de produire des graines riches en protéines en l’absence d’apports azotés grâce aux symbioses qu’elles établissent avec des bactéries fixatrices d’azote de l’air. Riches en lysine, ces protéines sont utilisées pour la nutrition humaine et l’alimentation animale. Cependant, les instabilités de la teneur et de la composition protéique des graines causées par les variations environnementales limitent l’adoption des légumineuses en Europe. Afin de promouvoir leur culture, il est nécessaire d’optimiser et de stabiliser la quantité et la qualité de cette fraction protéique. Nous avons étudié la plasticité de la teneur et de la composition protéiqu…

Importance du sulfate vacuolaire pour l’établissement du rendement et de la qualité des graines de pois

Les graines de pois constituent un aliment sain et nourrissant, notamment de par leur forte teneur en protéines (environ 25%). La qualité nutritionnelle de ces protéines est néanmoins limitée par leur faible proportion en acides aminés soufrés (AAS) : cystéine et méthionine. L’objectif était d’étudier la contribution du stock de sulfate contenu dans les vacuoles à l’élaboration du rendement et de la qualité des graines, notamment la synthèse des AAS. Nous avons ciblé l’unique gène SULTR4 de pois qui code un transporteur permettant l’efflux de sulfate de la vacuole vers le cytosol. Après avoir confirmé sa localisation à la membrane vacuolaire, nous avons recherché des mutants de pois pour ce…

The roles of the embryo-surrounding tissues in regulating Medicago truncatula seed filling

National audience

Studying the interplay between sulfur nutrition and water stress tolerance in pea by proteomics : a focus on seed development and composition

International audience; Water stress and sulfur-deficiency are two constraints increasingly faced by crops due to climatechange and low-input practices. To investigate their interplay in the grain legume pea (Pisum sativumL.), sulfate was depleted at mid-vegetative stage and a moderate 9-day water stress period was imposedduring the early reproductive phase. The combined stress accelerated seed production, lowering yield,one-seed weight and seed number per plant, but rebalanced seed protein composition. In fact, themoderate water stress mitigated the negative effect of sulfur-deficiency on the accumulation of sulfurrichproteins in seeds, probably due to a lower seed sink strength for nitrog…

Genetic determinants of seed protein plasticity in response to the environment in Medicago truncatula

As the frequency of extreme environmental events is expected to increase with climate change, identifying candidate genes for stabilizing the protein composition of legume seeds or optimizing this in a given environment is increasingly important. To elucidate the genetic determinants of seed protein plasticity, major seed proteins from 200 ecotypes of Medicago truncatula grown in four contrasting environments were quantified after one-dimensional electrophoresis. The plasticity index of these proteins was recorded for each genotype as the slope of Finlay and Wilkinson's regression and then used for genome-wide association studies (GWASs), enabling the identification of candidate genes for d…

The pea sulfate transporter, PsSULTR4, contributes to seed yield and quality

To investigate the role of vacuolar sulfate in seed yield and quality, we have targeted the single pea SULTR4 gene (PsSULTR4), which encodes a transporter homologous to Arabidopsis SULTR4;1 and 4;2 that allow sulfate efflux from the vacuole to the cytosol. By simulating the 3D structure of PsSULTR4, we observed that it is similar to that of SULTR4;1 in Arabidopsis. Furthermore, a phylogenetic analysis revealed a high level of conservation of SULTR4 protein motifs across land species. A fluorescent protein fusion experiment confirmed that PsSULTR4 localizes to the vacuolar membrane.Five sultr4 mutants were identified by TILLING (Targeting Induced Local Lesions IN Genomes), two of which showe…

Role of vacuolar sulfate in the nutritional quality of pea seeds

Legumes have a key role to play in both agroecological and food transitions due to their ability to accumulate large amountsof seed proteins without nitrogen fertilization thanks to symbiotic N2 fixation in the root nodules. However, in agroecologicalsystems, legumes are more exposed to nutrient deficiencies, including sulfur deficiency, than in conventional systems, makingit important to optimize nutrient use efficiency for maintain seed protein quality, in particular the level of (semi) essentialamino acids like methionine and cysteine. These sulfur-containing amino acids are synthetized through the sulfur metabolicpathway starting from sulfate reduction. Sulfate is taken up from the soil…

En Bourgogne-Franche-Comté, les industriels de l’agroalimentaire parient sur les protéines végétales. Article publié le 13 mai 2021

Le flexitarisme, cette pratique alimentaire qui consiste à réduire sa consommation de viande et à remplacer l’apport protéique animal par des protéines végétales, gagne du terrain chez les consommateurs. Conscient des enjeux écologiques, économiques, sanitaires et d’indépendance alimentaire, l’Etat souhaite augmenter de 40 % en trois ans les surfaces consacrées à la culture de plantes riches en protéines comme les lentilles, le colza ou la luzerne. Lancé fin 2020, le plan « protéines végétales » de la France y consacre 100 millions d’euros.

Optimizing and stabilizing protein composition of legume seeds

International audience

Interplay between sulfur nutrition and water stress tolerance in pea : a focus on seed development and composition

International audience; Water stress and sulfur-deficiency are two constraints increasingly faced by crops due to climate change and low-input practices. To investigate their interplay in the grain legume pea (Pisum sativum L.), sulfate was depleted at mid-vegetative stage and a moderate 9-day water stress period was imposed during the early reproductive phase. The combined stress accelerated seed production, lowering yield, one-seed weight and seed number per plant, but rebalanced seed globulin composition. In fact, the moderate water stress mitigated the negative effect of sulfur-deficiency on the accumulation of sulfur-rich globulins in seeds, probably due to a lower seed sink strength f…

Rôle de la micorhize à arbuscules dans l'absoption et la résistance à la carence en soufre chez Medicago truncatula

International audience

Déterminisme génétique de la composition protéique des graines de légumineuses et de sa plasticité vis-à-vis de l’environnement

Les légumineuses sont capables de produire des graines riches en protéines sans apport d’engrais azoté grâce à la symbiose racinaire avec des bactéries du genre rhizobium. Riches en lysine, ces protéines sont utilisées pour l’alimentation des animaux d’élevage et en nutrition humaine. Afin de promouvoir la culture des légumineuses, il est nécessaire d’optimiser et de stabiliser la qualité de cette fraction protéique. L’objectif de ma thèse est de mettre en évidence les déterminismes génétiques sous-jacents à la teneur et à la composition protéique des graines de légumineuses ainsi qu’à la plasticité de ces composantes vis-à-vis de l’environnement. Afin de répondre à cet objectif, l’approche…

ILS3 highlighted nice results and challenging opportunities for innovative research on grain legume. Legume Perspective

Déterminisme génétique de la plasticité de la composition protéique des graines de légumineuses vis-à-vis de l'environnement

National audience; voir pdf

Analyse protéomique des graines de pois en embryogénèse et à maturité : Impact d’un stress hydrique combiné à une carence en soufre

International audience

L'interaction entre la nutrition soufrée et la réponse du pois au stress hydrique

International audience

S-34 and N-15 labelling to model S and N flux in plants and determine the different components of N and S use efficiency

International audience; In order to highlight our understanding on ecosystems functioning and resource sharing/competition, either in artificial environment or agrosystems, according to changes in the climatic conditions, it is necessary to measure accurately element fluxes within plants. Stable isotopes allow tracking safely and accurately on a short time frame the behavior of elements in plants. After a short review devoted to isotopic studies of elemental flux within plants, we explain how a direct multiple labelling study might be conducted in a plant, so as to measure over short time nitrogen and sulfur acquisition, and assimilates arising from a labelled source.

Rôle du métabolisme du soufre dans le développement et l’élaboration de la qualité des graines riches en protéines

Elucidating the genetic determinism of the plasticity of seed proteins in response to the environment using Medicago truncatula

International audience; Legumes are able to produce high-protein seeds without nitrogen fertilizer through root symbiosis with nitrogen-fixing rhizobia. Rich in lysine, these proteins are used for human nutrition and animal feed. However, instability of seed protein yield and quality due to environmental fluctuations limits the wide adoption of legumes in Europe. Breeding efforts are needed to optimize and stabilize seed nutritional quality. We have studied the plasticity of protein content and composition of seeds from a collection of 200 ecotypes of Medicago truncatula grown under four controlled conditions (optimal, drought, and winter/spring sowing). A quantitative analysis of one-dimen…

Etude du rôle de la nutrition soufrée dans la réponse du pois au stress hydrique par une approche protéomique : Focus sur les graines

International audience

The contribution of M. truncatula to the understanding of complex developmental processes in legumes: the case for seed reserve accumulation

National audience