Mots-Clés

plante, solution nutritive, stress carbonaté, spéciation aqueuse

Description

Contexte, enjeux, et objectifs du stage
En tant qu’organisme sessile, la plante est contrainte de s’adapter à son environnement et notamment aux contraintes imposées par la qualité du sol. Les sols calcaires ont pour caractéristiques d’avoir un pH alcalin (>7), d’être riches en carbonate de calcium (CaCO3) et peu fertiles. Ces conditions représentent un stress dit carbonaté pour la plante dont la nutrition minérale à partir de la solution du sol est perturbée et la croissance ralentie, ce qui entraine in fine une perte de biomasse et rendement pour les cultures. Pour pallier ce type de stress abiotique, il est important d’étudier la composition de la solution du sol calcaire pour mieux comprendre son impact sur la nutrition végétale.
Des études récentes menées chez la plante modèle Arabidopsis thaliana ont mis en évidence différents degrés de tolérance au stress carbonaté parmi des accessions naturelles de la péninsule ibérique (Terés et al., 2019 ; Pérez-Martín et al., 2021). Ces accessions ont des phénotypes contrastés en sol calcaire mais également en hydroponie où le stress carbonaté est simulé par l’ajout de bicarbonate de sodium (NaHCO3).

Ce stage s’inscrit dans le projet « Etendar » CalClim de la Fondation Agropolis. Il s’agit d’y étudier l’effet de différentes concentrations en carbonate (sous forme de NaHCO3 et CaCO3) dans la solution nutritive (milieu Hoagland) sur la croissance d’Arabidopsis thaliana en système d’hydroponie. La composition de la solution nutritive sera modélisée en fonction des carbonates introduits.
Les objectifs du stage sont d’explorer les liens pouvant exister entre la spéciation chimique de la solution nutritive des plantes et le stress carbonaté.

Contenu du stage
Développer un système de culture d’Arabidopsis thaliana en hydroponie permettant d’évaluer sa tolérance à des stress carbonatés.
Mesurer la composition chimique des solutions hydroponiques aux différents stades et pour les différentes modalités des expérimentations biologiques.
Utiliser le modèle biogéochimique Min3P (e.g. Gérard et al., 2017) pour calculer la distribution des espèces aqueuses (spéciation) dans les solutions nutritives. Ce travail nécessitera de compléter la base thermodynamique du modèle au regard de la littérature disponible. Etudier les relations spéciation aqueuse et caractéristiques phénotypiques (paramètres de croissance, activité photosynthétique, contenu ionique des feuilles) à l’aide des statistiques.

Modalités d’accueil
Le stage se déroulera à INRAE, au sein de l’UMR Eco&Sols et en lien étroit avec l’UMR BPMP, une autre unité du même campus. Le/la stagiaire sera encadré(e) par deux chercheurs Frédéric Gérard (Eco&Sols), spécialisé en modélisation biogéochimique et Stéphane Mari (BPMP), spécialisé en physiologie moléculaire de la nutrition minérale des plantes.
Le(a) stagiaire bénéficiera aussi de l’appui technique du postdoctorant Thibaut Bontpart, pour la conduite des expérimentations en hydroponie au sein de l’UMR BPMP. Des logements étudiants sont disponibles sur le campus de SupAgro.

Bibliographie
Gérard F., Blitz-Frayret C., Hinsinger P., Pagès L. (2017) Modelling the interactions between root system architecture, root functions and reactive transport processes in soil. Plant & Soil 413, 161-180.
Pérez-Martín L.; Busoms S.; Tolrà R.; Poschenrieder C. Transcriptomics reveals fast changes in salicylate and jasmonate signaling pathways in shoots of carbonate-tolerant Arabidopsis thaliana under bicarbonate exposure. (2021) Int. J. Mol. Sci. 22:1226.
Terés J., Busoms S., Perez Martín L., Luís-Villarroya A., Flis P., Álvarez-Fernández A., Tolrà R., Salt D.E., Poschenrieder C. (2019) Soil carbonate drives local adaptation in Arabidopsis thaliana. Plant Cell Environ 42:2384-2398.