La variation naturelle dans l'ajustement du métabolisme primaire détermine la tolérance à l'ammonium chez l'herbe modèle Brachypodium distachyon

La fertilisation azotée (N) est essentielle pour maximiser la production agricole. Cependant, environ la moitié de l'azote appliqué est perdue dans l'environnement, provoquant une pollution de l'eau et de l'air et contribuant au changement climatique. Comprendre la base génétique et métabolique naturelle sous-jacente à l'efficacité d'utilisation de l'azote par les plantes est d'un grand intérêt pour parvenir à une agriculture avec une demande d'azote réduite et donc plus durable. L'étude de la nutrition en ammonium (NH4+) est particulièrement intéressante car elle atténue les pertes d'azote dues au lessivage des nitrates (NO3-) ou à la dénitrification. Dans ce travail, nous avons étudié Brachypodium distachyon, la plante modèle pour les graminées C3, cultivée avec un apport en NH4+ ou en NO3-. Nous avons effectué une analyse d'expression génique dans les racines de l'accès de référence B. distachyon Bd21 et examiné la variation phénotypique à travers 52 accès naturels en analysant la croissance des plantes et un panel de 22 traits métaboliques dans les feuilles et les racines. Nous avons découvert que l'ajustement du métabolisme primaire à la nutrition en NH4+ est essentiel à la variation naturelle de la tolérance au NH4+, impliquant notamment l'assimilation du NH4+ et l'activité de la phosphoénolpyruvate carboxylase (PEPC). De plus, des études d'association à l'échelle du génome (GWAS) ont indiqué plusieurs loci associés à la croissance de B. distachyon et à l'adaptation métabolique à la nutrition en NH4+. Nous avons constaté que le gène GDH2 était associé à l'induction de l'activité de la glutamate déshydrogénase racinaire sous nutrition en NH4+ et que deux gènes codant pour une enzyme malique étaient associés à l'activité de la PEPC foliaire. Dans l'ensemble, notre travail souligne la valeur de la variation naturelle et le rôle clé du métabolisme primaire pour améliorer la tolérance au NH4+.