Notre objectif général est de mieux comprendre et d'améliorer l'efficacité de l'utilisation de l'azote (NUE: Nitrogen Use Efficiency) chez le maïs et chez le blé. En effet ces deux plantes, qui sont avec le riz la base de l'alimentation humaine et animale dans le monde nécessitent des apports importants de fertilisants azotés (nitrates en particulier) pour obtenir un rendement optimum. L'amélioration de la NUE est un enjeu majeur, si l'on considère à la fois la demande croissante en produit agricoles de la population mondiale, l'augmentation du coût des combustibles fossiles nécessaires à la production d'engrais azotés et la pollution de l'eau causée par l'application en excès de nitrates pour fertiliser les sols cultivés. Par conséquent, il est nécessaire de sélectionner de nouvelles variétés de maïs et de blé, moins exigeantes en fumure azotée (20 à 30% de moins), mais capables de maintenir à la fois un rendement élevé et une bonne qualité du grain (teneur en protéines, en particulier).

Au cours des dernières années, des études ont été entreprises pour identifier les étapes limitantes de l'absorption, de l'assimilation et du recyclage de l'azote au cours de la croissance et du développement des plantes en général, et des céréales en particulier.
Notre équipe a réalisé des progrès importants dans la compréhension des mécanismes de l'assimilation et du recyclage de l'azote pendant la croissance végétative et la période de remplissage du grain. Ces travaux ont été réalisés en collaboration avec des agronomes et des généticiens du secteur public à l'Institut national de la Recherche Agronomique (INRA) et avec notre partenaire privé (BIOGEMMA) par l'intermédiaire du programme GENOPLANTE. Nous avons développé une approche pluridisciplinaire alliant la physiologie moléculaire et l'agronomie qui a permis d'étudier de manière intégrée la régulation de la gestion de l'azote par la plante. Il s'agit notamment de l'absorption de l'azote avant et après la floraison et de sa remobilisation vers le grain après la fécondation.
Notre groupe a également développé une approche de génétique quantitative (collaboration avec le professeur A. Gallais à l'INRA/CNRS. Université de Paris XI, de l'UMR Plant Genetics, Ferme du Moulon, Gif sur Yvette, http://moulon.inra.fr/SGV/GQMS/GQMS.html) dans le but d'identifier les principaux gènes impliqués dans la régulation de la gestion de l'azote et d'exploiter leur variabilité génétique pour la sélection de nouvelles variétés. Une recherche de QTL (Quantitative Trait Loci: gènes contrôlant des caractères quantitatifs) a été entreprise pour associer des caractéristiques agronomiques représentatives du rendement en grains et des fonctions métaboliques liées à l'assimilation de l'azote grâce à une carte génétique détaillée du maïs. Des colocalisations entre QTLs de rendement et leurs composantes et des gènes codant pour la glutamine synthétase cytosolique (GS1) ont constitué l'un des résultats les plus marquants de cette étude. Nous avons établi que la GS1 catalyse une des étapes limitantes de la production chez le maïs: le rendement en grains est fortement diminué chez des mutants déficients en GS1 et augmenté chez des plantes surexprimant cet enzyme. Nous poursuivons par ailleurs la recherche d'autres gènes candidats impliqués dans le contrôle de la NUE chez le maïs et le blé en combinant des approches de transcriptome, protéome et de physiologie de la plante entière.

En conditions sub-optimales de nutrition azotée (N +) un mutant déficient pour la l'isoforme de la GS cytosolique GS1- 4 (gln1-4) présente une réduction de la taille des grains par rapport au type sauvage (WT), tandis que chez un mutant déficient pour GS1-3 (gln1-3 ), on observe une réduction du nombre de grains. Chez le double mutant le gln1-3/1-4 un effet cumulatif des deux mutations est observée. Quand la nutrition azotée est limitante (N-) l'épis de la plante sauvage (WT) présente une réduction importante du nombre de grains. Les mutants GS ne produisent pas de grains. Cette observation suggère que GS1-4 et GS1-3 contrôlent le rendement en grain chez le maïs quel que soit le niveau de la fertilisation azotée.