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BIOLOGIE VEGETALE INTEGRATIVE

Président

Hélène Barbier-Brygoo

Membres de la section

Marc Bergdoll

Florence Corellou

Jean-Marc Deragon

Dominique Gagliardi

Thierry Gaude

Deborah Goffner

Thierry Lagrange

Thierry Langin

Marc-Henri Lebrun

Michel Lebrun

Laurence Lejay-Lefèvre

Claire LurinHerrade Nehlig

Sophie de Peindray d"Ambelle

Philippe Potin

Christophe Robaglia

Dominique Rumeau

Marylin Vantard

Françoise Vedele

conjoint entre la section 28 et un groupe de travail sur la le CIRAD, le CNRS, l"IRD et l"INRA. Le précédent rapport de conjoncture de la section en Biologie Végétale qui reste d"actualité et ne sera pas publiés ces dernières années et donnant une vision présent document s"attache à dégager, en fonction des dispositif français, les grandes lignes des actions à mettre en place. Il est divisé en trois parties qui présenteront Biologie Végétale et une rapide présentation des forces qui retiennent l"attention sur le plan stratégique et sur lesquelles la position forte des équipes françaises et leur ressources à développer ou à renforcer pour répondre recherche dans le domaine.

1 ENJEUX ET ETAT DES LIEUX DE

LA RECHERCHE EN BIOLOGIE

VEGETALE EN FRANCE

1.1 LES ENJEUX DE LA RECHERCHE

EN BIOLOGIE VEGETALE

constituent un champ d"étude original et complémentaire et photosynthétiques, ont intégré dans leur fonctionnement les contraintes liées à l"environnement abiotique (lumière,

Ceci se traduit par une grande diversité de stratégies métaboliques et développementales. Les eucaryotes

photosynthétiques présentent une très grande diversité phylogénétique avec divers groupes ayant évolué vers une organisation multicellulaire de façon indépendante. Les recherches en biologie végétale permettent ainsi de répondre à des questions fondamentales pour la

Rapport de conjoncture 2010

champ de la biologie et de la santé, mais également dans celui des problématiques liées à l'environnement. Les recherches sur les plantes sont à l'origine de contributions fondamentales et originales dans le domaine de la biologie. Une première raison est que les plantes partagent un certain nombre de caractéristiques génétique, la régulation transcriptionnelle, des modules de signalisation communs, les fonctions du cytosquelette ou la présence de cellules souches. De ce fait, la recherche en biologie végétale a contribué à des avancées importantes cellulaire et des relations de la cellule à l'organisme, le concept d'organogenèse de novo (vs l'héritabilité des caractères et l'inactivation épigénétique que la photosynthèse, l'organogenèse continue, les le plan structural, avec la présence autour des cellules forte pression de turgescence interne. qu'en accumulant tout d'abord les connaissances sur des organismes modèles pour les intégrer ensuite à une échelle supérieure. Le nouvel élan de la recherche en biologie permettre un transfert horizontal de connaissances vers des espèces d'intérêt agronomique dont la manipulation est par elle-même du fait de propriétés intrinsèques originales photosynthétiques qui peuvent être phylogénétiquement Arabidopsis thaliana reste l'espèce de référence en ce qui concerne les plantes supérieures, en raison du recul acquis sur ce système modèle permettant dans la pratique nouvelles approches (dont les approches globales dites " omiques » intégrant les données génomiques et post- de pointe et de concepts acquis sur ce système via la compréhension approfondie de sa biologie sont d'autres atouts d'Arabidopsis. Ces mêmes outils ouvrent dès à présent la voie pour aller au delà de cette espèce pionnière, et permettre des études comparatives qui amélioreront la compréhension du végétal en général et conduiront à un meilleur transfert des connaissances vers des espèces non-modèles, d'importance économique et/ou écologique, ainsi que la découverte de caractères d'espèce de référence pour les procaryotes et eucaryotes permettra de mettre en lumière les éléments communs français à l'émergence de modèles tels que Ostreococcus et Ectocarpus commence à porter ses fruits. Cependant le nombre d'équipes travaillant sur ces modèles non conventionnels, reste très réduit, ce qui fragilise la

France.

généralement les organismes photosynthétiques. Ceci revient non seulement à contribuer au développement d'une agriculture respectueuse de l'environnement et de la santé humaine mais également à mettre en oeuvre des méthodes qui préservent les ressources naturelles et la biodiversité en protégeant les écosystèmes des déséquilibres induits en compte. La démarche actuelle pour l'innovation en agriculture (sur les espèces agronomiques mais aussi sur les espèces végétales moins conventionnelles telles que les algues qui représentent d'importantes ressources nécessaire de renforcer le transfert de nos connaissances génériques vers des espèces cultivées et de produire plus de connaissances sur la biologie de la plante et son fonctionnement intégré dans l'environnement. qui vont croissant avec l'évolution démographique. L'accroissement estimé de la population mondiale est de

2.2 milliards d'ici 2050. L'alimentation et la qualité de vie

des populations dépendront de manière prépondérante des progrès réalisés en agriculture et en ingénierie forestières, aquacoles ne se fera durablement que sur la base de solides connaissances en biologie végétale. L'amélioration génétique a contribué fortement à l'augmentation historique du rendement des cultures. A l'avenir, le succès de l'agriculture dépendra de la génération de nouvelles cultures qui devront combiner un rendement plus élevé et une meilleure qualité, avec des capacités d'apport réduit en engrais et en produits phytosanitaires. Notre compréhension actuelle des bases moléculaires de la domestication reste rudimentaire, même si quelques gènes uniques ou de traits phénotypiques isolés ne paraît et n'est pas compatible avec la nécessité d'une vision

28 - BIOLOGIE VEGETALE INTEGRATIVE

intégrée du développement de la plante, seule démarche de microalgues a été jusqu'à présent freinée en raison d'un retard de connaissance de ces systèmes. Ces organismes constituent néanmoins un réservoir important para-pharmacie ou la cosmétique. Ils constituent dans certains cas une bonne alternative d'usine cellulaire pour la synthèse de produits recombinants. La production de sont des alternatives prometteuses à l'occupation des sols ou au manque de ressources en eau qui attirent l'intérêt des industriels. Par ailleurs, les modèles unicellulaires permettent d'aborder des questions biologiques compréhension approfondie de leur biologie. Au-delà du développement nécessaire des de données (séquençage à haut débit, protéomique, information biologique pertinente (bioinformatique, bases majeurs des prochaines années en biologie végétale sera autour d'une question biologique donnée. Les interfaces suivantes méritent une attention particulière : des biophysiciens, des bioinformaticiens et de généraliser l'usage des statistiques et des méthodes de modélisation - biologie/physique, en particulier dans le domaine de de molécules uniques et ainsi passer de l'échelle nano à l'échelle macro, la visualisation en temps réel à différents et d'étude des différents types cellulaires. entre la plante et son environnement et développer les approches de chémogénomique comparative. Du fait de l'évolution très rapide de la biologie en général et des sciences végétales en particulier, il semble important de repenser la formation des chercheurs pour leur faire acquérir les compétences nécessaires à l'application des méthodologies modernes (concepts, méthodes plus prédictive de la biologie végétale. Ceci nécessitera le développement de formations pluridisciplinaires aussi bien pour les chercheurs travaillant sur des questions Il est également important d'améliorer nos efforts de vulgarisation et de diffusion des connaissances en jeunes chercheuses et chercheurs vers les questions de compréhension de la population pour ces problèmes qui touchent à de nombreuses questions sociétales (maintien de la biodiversité, évolution, perception des

1.2 LES FORCES EN BIOLOGIE

VEGETALE EN FRANCE

Comme le soulignait le précédent rapport de conjoncture de la section 28, la force de la communauté réside, pour l'essentiel, dans son organisation originale au CIRAD, l'IRD et certains établissements d'enseignement laboratoires français de biologie végétale est constituée par des UMR impliquant ces différents partenaires (sur les

16 unités ayant un rattachement principal à la section 28,

permanents (chercheurs, enseignants-chercheurs, IT la répartition géographique des forces sur le territoire importants, en région parisienne et à Montpellier. La communauté compte au total environ 3500 permanents, essentiellement de doctorants et post-doctorants (au sein des unités rattachées à la section 28, on compte 368 permanents CNRS, 559 permanents non-CNRS et 417

Répartition des personnels permanents par

organisme

INRA 2000

CNRS 500

CIRAD 500

CEA 70

IRD 100

Univ 325

Rapport de conjoncture 2010

" Paris » (620)

Avignon

(240)

Montpellier

(955)

Clermont

(155)Rennes (210)Nancy (90) Dijon (120)

Toulouse

(190)Bordeaux (380)

Outre-mer »

(100)Marseille (75) Corse (25)Angers (100) Lyon (45)

Poitiers

(95) Caen (10)

Grenoble

(50)

Colmar

(75)

Amiens

(30) Nice (120)

Orléans

(50)

Répartition géographique

Strasbourg

(95) Lille (15)

Roscoff

(30)

Perpignan

(35) Rouen (15)

2 QUESTIONS MAJEURES EN

BIOLOGIE VEGETALE

2.1 DYNAMIQUE CELLULAIRE ET

DEVELOPPEMENT

Le séquençage massif des génomes et l'utilisation abondante des approches de transcriptomique et de protéomique pour répondre à diverses questions avec la découverte d'interactions insoupçonnées entre et chercheurs d'autres disciplines, notamment des bioinformaticiens et des physiciens. Cette nouvelle dynamique en biologie a conduit à considérer un dire composé d'ensembles d'entités (molécules, cellules, mais dont les interactions conduisent à l'émergence de nouvelles propriétés collectives, associées à des analyse intégrative en biologie, l'étude d'une cellule ou d'un organisme doit être réalisée à la fois au niveau des mécanismes moléculaires qui régissent leurs activités comprendre comment les parties individuelles (territoires former des structures d'ordre supérieur. Cette dualité de connaissance est indispensable, et privilégier l'une par rapport à l'autre ne conduirait qu'à une vision incomplète voire erronée des processus biologiques. Comprendre comment les molécules s'assemblent en modules fonctionnels et en réseaux de régulation

Comprendre comment les molécules interagissent

un prérequis indispensable à une meilleure compréhension de l'organisation et du fonctionnement de la cellule. Le module structural le plus caractéristique de la cellule végétale est la paroi cellulaire dont la composition et la dynamique d'organisation sont variables selon les types cellulaires, l'âge, les contraintes développementales protéines entre compartiments endomembranaires (voies de sécrétion, recyclage, stockage et/ou dégradation Ces modules fonctionnels peuvent également prendre la signalisation qui impliquent des interactions de type ligand- des peptides, des polysaccharides, voire des contraintes mécaniques. Nombre de ces récepteurs sont encore inconnus. Il est à souligner que le génome d'Arabidopsis, famille de plus de 400 récepteurs kinase membranaire putatifs et une autre famille de gènes codant plus de

1000 peptides constituant des ligands potentiels de ces

fossé qui reste à combler dans certains cas, pour passer des données mécanistiques simples à leur intégration dans intégrative.

Les règles qui gouvernent ces assemblages

macromoléculaires et les interactions entre molécules (protéines-protéines, protéines-acides nucléiques, particulier, la structure des protéines, leurs concentrations cellulaires, leurs localisations sub-cellulaires et leurs A terme, la somme des informations mécanistiques pour une cellule particulière ou un instant donné. D'un point de vue technologique, les techniques à haut débit telles que l'immunoprécipitation de la chromatine suivie de la levure et les analyses de protéomique d'interactions permettent la création de cartes d'interactions moléculaires qui seront ensuite utilisées pour établir des règles ont été développés pour prédire des interactions entre facteurs de transcription/chromatine/ADN. Les règles

28 - BIOLOGIE VEGETALE INTEGRATIVE

émanant de ces modèles sont d'un grand intérêt car elles établies, la modélisation permet d'intégrer les informations Comprendre comment les éléments structuraux de la cellule s'assemblent et fonctionnent Les propriétés physiques des cellules végétales la plante entière. Ces propriétés dépendent largement cytosquelette et le système membranaire. Paroi cellulaire et cytosquelette. Les mécanismes anisotrope ou la croissance polarisée d'une cellule restent encore mal compris. Il apparaît important d'approfondir nos connaissances sur la composition et l'architecture de la paroi cellulaire dans différents types de cellules, sur la contraintes développementales ou environnementales, Comment la cellule perçoit ces contraintes et quelles sont les voies de signalisation impliquées dans ces phénomènes de répondre. Les relations entre le cytosquelette et la paroi cellulaire et l'étude de leur dynamique lors des processus de croissance et de division cellulaire devront croissance et l'architecture devront être recherchés. leur fonction de barrière à la diffusion des solutés et de délimitation de compartiments intracellulaires, les lipides des membranes biologiques se sont révélés être des composants essentiels dans le développement des organismes multicellulaires. Chez les plantes, les lipides membranaires ont été impliqués dans diverses embryonnaire, germination des graines, croissance racinaire, germination du pollen et croissance du véritable dynamique d'interaction entre des protéines du cytosol et certains lipides membranaires conduisant à ou de bourgeonnement de membrane, de transports de vésicules entre compartiments intracellulaires, de fusion de vésicules, peuvent s'établir, conduisant à une redistribution de protéines membranaires et autres composants cellulaires. Ces mécanismes encore mal la signalisation cellulaire et le transport de molécules, en régulant notamment la quantité des récepteurs et des dans le dialogue entre organites au sein de la cellule ou dans les échanges de solutés, métabolites, hormones et autres messages moléculaires entre cellules d'un même tissu ou entre cellules de différents tissus et/ou organes. Ces systèmes de transport sont essentiels pour divers aspects de la physiologie de la plante comme la nutrition, facteurs biotiques et abiotiques. L'amélioration de nos connaissances sur l'homéostasie membranaire, les machineries de transport et les relationsquotesdbs_dbs50.pdfusesText_50

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