Nutrition Minérale et Stress Oxydatif (FeRos)
Nom du responsable : Christian Dubos
Directeur de Recherche INRAE
Mots Clés
Fer, Plantes, Transcription, Coumarines, Centres Fe-S, Redox
Présentation
Les plantes, de par leur nature sessile, doivent faire face et s’adapter à une multitude de contraintes biotiques et abiotiques afin de compléter leur cycle de développement. La compréhension des mécanismes moléculaires et physiologiques qui interviennent dans le contrôle de la productivité des espèces cultivées, face à des conditions environnementales défavorables, constitue un enjeu majeur pour l’agriculture de demain. Il s’agit par exemple de maintenir la productivité en utilisant moins d’intrants, ou bien de développer des cultures dans des zones considérées comme peu propices. Cette problématique est au cœur des activités développées par l’équipe, notamment au travers de l’étude, chez les végétaux, du contrôle de l’homéostasie du fer (Fe) et des mécanismes impliqués dans l’assimilation de ce métal.
Le fer est le micronutriment le plus souvent déficient dans l’alimentation humaine, avec 1 milliards de personnes souffrant d’anémie ferriprive à l’échelle de la planète [1]. Les prédictions associées au changement climatique à l’échelle du globe nous indiquent que ce phénomène de carence nutritionnelle va s’accentuer dans les prochaines décennies. Il a notamment été démontré que les niveaux de fer (et des principaux micronutriments) dans les parties comestibles de la plupart des espèces végétales diminuent lorsque la concentration en CO2 atmosphérique augmente [2]. Le maintien, voire l’amélioration, de la capacité des plantes à absorber et à stocker le fer, sans apport exogène sous forme d’engrais, permettrait d’assurer une alimentation équilibrée à une population mondiale en constante croissance et qui devra faire face à des changements climatiques sévères. Ceci est d’autant plus important que l’ensemble du fer présent dans l’alimentation humaine provient directement ou indirectement (sources animales) des plantes. L’entrée du fer dans la chaîne alimentaire est donc une question importante de santé publique à laquelle on ne peut apporter de solutions sans une compréhension précise des mécanismes moléculaires qui contrôlent l’homéostasie et l’assimilation de ce micronutriment chez les végétaux.
Le fer est aussi un micronutriment essentiel pour la croissance et le développement des plantes. En effet, le fer est un cofacteur essentiel dans de nombreux processus biologiques faisant intervenir des transfert d’électrons tels que la photosynthèse, la respiration, la synthèse de l’ADN ou bien encore l’assimilation de l’azote et du soufre. La disponibilité dans les sols de ce micronutriment a une influence directe sur la productivité des espèces cultivées, ainsi que sur la qualité de leurs produits dérivés [3]. Bien que le fer soit l’un des éléments les plus abondants dans le sol, il est généralement peu disponible pour les plantes car il est essentiellement présent sous forme d’oxydes et d’hydroxydes insolubles. C’est le cas, par exemple, des sols calcaires qui représentent un tiers des terres cultivées dans le monde. Par conséquent, les plantes poussant sur ces sols souffrent d’une carence en fer pouvant affecter leur survie. Cependant, le fer est potentiellement toxique de par sa capacité à produire, en présence d’oxygène, des radicaux hydroxyles, générateurs de stress oxydant et délétères pour les plantes. Cette toxicité ferreuse se rencontre essentiellement sur des sols acides ou sujets à l’anoxie. Cet excès de fer se traduit, comme pour la carence, par une diminution de la croissance et des rendements [4]. Afin d’éviter tout déficit ou excès de fer qui pourrait être préjudiciable pour le métabolisme, les plantes ont développé un ensemble de mécanismes moléculaires finement régulés, impliqués dans le prélèvement, l’assimilation et le stockage de ce micronutriment.
Les recherches qui sont conduites dans l’équipe visent à :
– Caractériser les mécanismes moléculaires impliqués dans le contrôle de l’homéostasie du fer chez les végétaux (notamment aux niveaux transcriptionnel et post-traductionnel).
– Etudier la dynamique de la sécrétion de coumarines dans le sol par les plantes pour améliorer la nutrition en fer et préciser la fonction de ces molécules dans ce processus.
– Caractériser la machinerie d’assemblage des centres fer-soufre (Fe-S) dans les chloroplastes et les mitochondries, une étape clé de l’assimilation du fer.
- [1] FAO, http://www.fao.org/docrep/008/w0078f/w0078f0h.htm
- [2] Myers et al, (2014) Nature 510:139-142
- [3] Briat et al. (2015) Trends Plant Sci 20:33-40.
- [4] Wu et al. (2014) Rice 7:8
Membres de l'équipe
Résultats marquants
– Nos travaux antérieurs sur l’étude de la réponse des plantes à l’excès de fer (avec pour gène marqueur les ferritines qui codent des protéines impliquées dans le stockage transitoire du fer) nous ont conduit à nous intéresser aux mécanismes transcriptionnels qui contrôlent l’homéostasie du fer chez les végétaux. Nous avons montré que le facteur de transcription bHLH105 (appelé aussi ILR3) joue un rôle clé dans le contrôle de l’homéostasie du fer chez Arabidopsis thaliana en agissant comme activateur des réponses de la plante à la carence en fer et en tant que répresseur des réponses de la plante à un excès de fer. Par ailleurs, nous avons également démontré que bHLH121 (également appelé URI), en interaction avec ILR3 et ses plus proches homologues, agit comme un acteur central dans la régulation l’homéostasie du fer. Au cours de cette étude, nous avons démontré que bHLH121 agit comme un activateur transcriptionnel direct de gènes clés impliqués dans le réseau de régulation de l’homéostasie du fer, tels que bHLH38, bHLH39, bHLH100, bHLH101, PYE, BTS, BTSL1, MYB10, MYB72, ainsi que IMA1 et IMA2.
– Nous avons récemment caractérisé un nouveau mécanisme impliqué dans la réponse des plantes à la carence en fer qui repose sur la sécrétion de coumarines (métabolites secondaires dérivés de la voie des phénylpropanoïdes). Nous avons montré que le rôle des coumarines est, en partie, de faciliter la solubilisation du fer présent dans le milieu avant qu’il ne soit pris en charge par la réductase ferrique FRO2 et le transporteur haute affinité IRT1. Nous avons par ailleurs démontré que la sécrétion de coumarines dans la rhizosphère en réponse à une carence en fer dépend du transporteur PDR9/ABCG37. Enfin, nous avons mis en évidence que l’accumulation et le transport de ces métabolites sont des mécanismes complexes et dynamiques.
– Enfin, nous avons contribué à la caractérisation des différents acteurs protéiques impliqués dans la livraison du fer à des apo-protéines sous forme de centres fer-soufre (Fe-S) dans les plastes. Nous avons ainsi caractérisé une famille de navettes plastidiales (NFUs) et montré que les trois isoformes qui composent cette famille partagent des protéines clientes communes mais montrent également des spécificités propres à chacune d’entre elles. Par ailleurs, nous avons montré que ces NFUs sont impliquées dans l’assimilation du sulfate, dans la constitution du photosystème I ou bien encore dans la biosynthèse des acides aminés branchés.
Publications significatives
Robe K, Stassen M, Watanabe S, Espadas J, Gonzalez P, Rossille A, Li M, Hem S, Roux A, Santoni V, Chamieh J, Dubos C✉, Izquierdo E✉ (2025) Coumarin-facilitated iron transport: an IRT1 independent strategy for iron acquisition in Arabidopsis thaliana. Plant Commun.
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Berger N*, Kalra M*, Gao F, Rofidal V, Demolombe V, Santoni V, Dubos C✉ (2025) Impact of iron deficiency on the Arabidopsis thaliana phloem sap proteome, a key role for bHLH121. Physiol. Plantarum, 177(3):e70336
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Gao F, Dubos C✉ (2023) Chromatin immunoprecipitation (ChIP) to study the transcriptional regulatory network that controls iron homeostasis in Arabidopsis thaliana. Methods Mol. Biol., 2665:85-94
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Boufeldja L, Brandt D, Guzman C, Vitou M, Boudard F, Morel S, Servent A, Dhuique-Mayer C, Ollier L, Duchamp O, Portet K, Dubos C, Poucheret P✉ (2022) Effect of elevated carbon dioxide exposure on nutrition-health properties of Micro-Tom tomatoes. Molecules, 27(11):3592
Grant-Grant S, Schaffhauser M, Baeza-González PA, Gao F, Conéjéro G, Vidal EA, Gaymard F, Dubos C, Curie C, Roschzttardtz H✉ (2022) B3 transcription factors determine iron distribution and FERRITIN gene expression in embryo but do not control total seed iron content. Front. Plant Sci., 13:870078
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Robe K, Conéjéro G, Gao F, Lefebvre-Legendre L, Sylvestre-Gonon E, Rofidal V, Hem S, Rouhier N, Barberon M, Hecker A, Gaymard F, Izquierdo E✉, Dubos C✉ (2021) Coumarin accumulation and trafficking in Arabidopsis thaliana: a complex and dynamic process. New Phytol., 229(4):2062-2079
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Gao F, Robe K, Dubos C✉ (2020) Further insights into the role of bHLH121 in the regulation of iron homeostasis in Arabidopsis thaliana. Plant Signal. Behav., 15(10):1795582
Robe K*, Gao F*, Bonillo P, Tissot N, Gaymard F, Fourcroy P, Izquierdo E, Dubos C✉ (2020) Sulphur availability modulates Arabidopsis thaliana responses to iron deficiency. PLoS one, 15(8): e0237998
Berger N, Vignols F, Przybyla-Toscano J, Roland M, Rofidal V, Touraine B, Zienkiewicz K, Couturier J, Feussner I, Santoni V, Rouhier N, Gaymard F, Dubos C✉ (2020) Identification of client iron-sulfur proteins of the chloroplastic NFU2 transfer protein in Arabidopsis thaliana. J. Exp. Bot., 71(14):4171-4187
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Gao F, Robe K, Bettembourg M, Navarro N, Rofidal V, Santoni V, Gaymard F, Vignols F, Roschzttardtz H, Izquierdo E, Dubos C✉ (2020) The transcription factor bHLH121 interacts with bHLH105 (ILR3) and its closest homologs to regulate iron homeostasis in Arabidopsis. Plant Cell, 32(2):508-524
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Tissot N, Robe K*, Gao F*, Grant-Grant S, Boucherez J, Bellegarde F, Maghiaoui A, Marcelin R, Izquierdo E, Benhamed M, Martin A, Vignols F, Roschzttardtz H, Gaymard F, Briat J-F, Dubos C✉ (2019) Transcriptional integration of the responses to iron availability in Arabidopsis by the bHLH factor ILR3. New Phytol., 223(3):1433-1446
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Touraine B, Vignols F*, Przybyla-Toscano J*, Ischebeck T, Dhalleine T, Wu H-C, Magno C, Berger N, Couturier J, Dubos C, Feussner I, Caffarri S, Havaux M, Rouhier N✉, Gaymard F✉ (2019) Iron–sulfur protein NFU2 is required for branched-chain amino acid synthesis in Arabidopsis roots. J. Exp. Bot., 70(6):1875-1889
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Knuesting J, Riondet C, Maria C, Kruse I, Bécuwe N, König N, Berndt C, Tourrette S, Guilleminot-Montoya J, Herrero E, Gaymard F, Balk J, Belli G, Scheibe R, Reichheld J-P, Rouhier N, Rey P✉ (2015) Arabidopsis glutaredoxin S17 and its partner, the nuclear factor Y subunit C11/negative cofactor 2α, contribute to maintenance of the shoot apical meristem under long-day photoperiod. Plant Physiol., 167(4):1643-1658
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Reyt G, Boudouf S, Boucherez J, Gaymard F, Briat J-F✉ (2015) Iron and ferritin dependent ROS distribution impact Arabidopsis root system architecture. Mol. Plant, 8(3):439-453
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Fourcroy P, Sisó-Terraza P, Sudre D, Savirón M, Reyt G, Gaymard F, Abadía A, Abadía J, Álvarez-Fernández A, Briat J-F✉ (2014) Involvement of the ABCG37 transporter in secretion of scopoletin and derivatives by Arabidopsis roots in response to iron deficiency. New Phytol., 201(1):155-167
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Koen E, Besson-Bard A, Duc C, Astier J, Gravot A, Richaud P, Lamotte O, Boucherez J, Gaymard F, Wendehenne D (2013) Arabidopsis thaliana nicotianamine synthase 4 is required for proper response to iron deficiency and to cadmium exposure. Plant Sci., 209:1-11
Gao H, Subramanian S, Couturier J, Naik SG, Kim S-K, Leustek T, Knaff DB, Wu H-C, Vignols F, Huynh BH, Rouhier N, Johnson MK✉ (2013) Arabidopsis thaliana Nfu2 Accommodates [2Fe-2S] or [4Fe-4S] Clusters and Is Competent for in Vitro Maturation of Chloroplast [2Fe-2S] and [4Fe-4S] Cluster-Containing Proteins. Biochemistry-US, 52(38):6633-6645
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Sudre D*, Gutierrez-Carbonell E*, Lattanzio G, Rellán-Álvarez R, Gaymard F, Wohlgemuth G, Fiehn O, Álvarez-Fernández A, Zamarreño AM, Bacaicoa E, Duy D, García-Mina JM, Abadía J, Philippar K, López-Millán A-F, Briat J-F (2013) Iron-dependent modifications of the flower transcriptome, proteome, metabolome and hormonal content in an Arabidopsis ferritin mutant. J. Exp. Bot., 64(10):2665-2688
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Collaborations
KROUK Gabriel, INRAE Montpellier, IPSiM
MARTIN Antoine, INRAE Montpellier, IPSiM
NACRY Philippe, INRAE Montpellier, IPSIM
BENHAMED Moussa, Université Paris-Sud, IPS2
BESTEIRO Sébastien, INSERM Montpellier, LPHI
COUTURIER Jérémy, Université de Lorraine, IAM
CORSO Massimiliano, INRAE Versailles, IJPB
DEMENE Hélène, CNRS Montpellier, CBS
HINOUX Valérie, Université de Perpignan, LGDP
LATRASSE David, Université Paris-Sud, IPS2
LEPINIEC Loïc, INRAE Versailles, IJPB
PRIGENT-COMBARET Claire, Lyon, LEM
PRZYBYLA-TOSCANO Jonathan, INRAE Grenoble, LPCV
REICHHELD Jean-Philippe, CNRS Perpignan, LGDP
ROUHIER Nicolas, Université de Lorraine, IAM
AZEVEDO Herlander, Centre de recherche sur la biodiversité et les ressources génétiques, Portugal
CASTRO Pedro Humberto, Centre de recherche sur la biodiversité et les ressources génétiques, Portugal
GAO Fei, Université d’Agriculture du Hunan, Chine
MARINO Daniel, Université du Pays Basque, Espagne
PIETERSE Corné, Université d’Utrecht, Pays Bas
ROSCHZTTARDTZ Hannetz, Université Pontificale Catholique du Chili, Chili
SEO Mitsunori, Université de Ryukyus, Japon
STRINGLIS Ionnis, Université d’Agriculture d’Athènes, Grèce
WATANABE Shunsuke, Université des femmes de Yasuda, Japon
WU Hui-Chen, Université Nationale de Tainan, Taiwan
Sources de financement
– EU Teaming BIOPOLIS H2020, Projet I-FUNCTION (2024-2026)
– EU Teaming BIOPOLIS H2020, Projet PROSUMO (2024-2025)
– EU Teaming BIOPOLIS H2020, Projet HOMEOFER (2023-2026)
– ANR, Projet DYNAFER (2023-2026)
– ANR, Projet HCF4LIFE (2023-2026)
– Marie Skłodowska-Curie Actions, Projet PLANTSEEFE (2021-2023)
– BioCampus, Projet PEPIRON (2021)
– Labex Agro, Projet CALCLIM (2020-2022)
– i-SITE MUSE, Projet eCO2THREATS (2019-2021)
– INRA département BAP, Projet BolAFER (2019-2020)
– ANR, Projet MOBIFER (2018-2023)
– Labex Agro, Projet FACCE (2017-2018)
– INRA département BAP, Projet MULTICSTRESS (2017-2018)
– Institut Carnot Plant2Pro, Projet POSITIF (2018-2020)
– INRA département BAP, Projet HARSH (2014-2015)
– ANR, Projet FeS-TRAFFIC (2014-2017)
Anciens membres
Permanents
Jossia BOUCHEREZ (TR, INRAE)
Jean-François BRIAT (DR, CNRS)
Françoise CELLIER (CR, INRAE)
Pierre FOURCROY (CR, CNRS)
Frédéric GAYMARD (DR, INRAE)
Françoise GOSTI (CR, CNRS)
Esther IZQUIERDO-ALEGRE (CR, INRAE)
Claude NESPOULOUS (CR, INRAE)
Frédéric SANCHEZ (TR, INRAE)
Brigitte TOURAINE (IE, INRAE)
Tou Cheu XIONG (CR, INRAE)
Etudiants
Angélo CEVAER (2025), L2 Montpellier
Clara CORDEL (2025), M1 Montpellier
Maxime GONZALEZ-DURANY (2025), M2 Montpellier
Chi Thanh NGUYEN (2025), M1 Montpellier
Audrey RIGAUD (2025), M2 Montpellier
Lilou HERENT (2024), L3 Montpellier
Maéva HOULE (2024), L3 Montpellier
Lilou HERENT (2024), L2 Montpellier
Chérhazad BOUSTANI (2023), M2 (Montpellier)
Domitille TUR (2022), L3 (Montpellier)
Julie BALS (2022), M1 (Montpellier)
Linda BOUFELDjA (2018-2022), Doctorant (Montpellier)
Fei GAO (2017-2021), Doctorant (Montpellier)
Julie BALS (2021), L3 Pro (Toulouse)
Chérhazad BOUSTANI (2021), L3 (Montpellier)
Pauline FOUBERT (2021), L3 Pro (Toulouse)
Kevin ROBE (2018-2021), Doctorant (Montpellier)
Max STASSEN (2021), M2 ERASMUS (Utrecht, Hollande)
Maël TAUPIN-BROGGINI (2018-2021), Doctorant (Montpellier)
Victorine NOËL (2020), L3 (Montpellier)
Mélia PETIT-BECMONT (2020), L3 (Montpellier)
Dennis BRANDT (2019), M1 ERASMUS (Münster, Allemagne)
Julie GUERREIRO (2019), L3 (Montpellier)
Thomas FERRAN (2018), BTS (Montpellier)
Mélusine SENANAYAKE (2018), L3 (Montpellier)
Maël TAUPIN-BROGGINI (2018), M2 (Montpellier)
Chafika ABDOU ISSA (2017), M1 (Nantes)
Pauline DUVAL (2017), L3 (Montpellier)
Vincent OGLIENGO (2017), L3 (Montpellier)
Guillaume PERBECH (2017), L3 (Montpellier)
Kevin ROBE (2017), M2 / VetAgro (Clermont-Ferrand)
Pauline BONILLO (2016), M1 (Montpellier)
Jennifer BORN (2016), L3 ERASMUS (Göttingen, Allemagne)
Nicolas DURA (2016), BTS (Montpellier)
Thi Hong Ha NGUYEN (2016), L3 (Hanoï, Viêt Nam)
Nicolas TISSOT (2013-2016), Doctorant (Montpellier)
Amel MAGHIAOUI (2015), L3 Pro (Toulouse)
Laura MARTINS (2015), M2 (Montpellier)
Caroline SCIALLANO (2015), L3 (Lyon)
Soukaina BOUDOUF (2014), M1 (Montpellier)
Romain MARCELIN (2014), L3 (Montpellier)
Baptiste CASTEL (2013), M1 (Montpellier)
Cyril MAGNO (2013), M2 (Montpellier)
Benoit MERMAZ (2013), L3 (Montpellier)
Jonathan PRZYBYLA-TOSCANO (2013), M2 (Montpellier)
Contractuels
Julie BALS (2023-2025), CDD IE
Shunsuke WATANABE (2021-2024), Postdoc
Fabien DUBOIS (2021-2023), BIATTS UM
Mathilde BETTEMBOURG (2017-2018), ATER UM
Karl RAVET (2014), Postdoc
Cyril MAGNO (2013-2015), CDD IE
Visiteurs
Swarnali DEY (2023), Doctorante (Université de Calcutta, Inde)
Agustin Javier MARIN (2022), Doctorant (Université du Pays Basque, Espagne)
Max STASSEN (2022), Doctorant, (Université d’Utrecht, Pays-bas)
Susana GRANT GRANT (2019), Doctorante (Université Pontificale Catholique du Chili, Chili)
Hannetz ROSCHZTTARDTZ (2018-2019), Assistant Professeur (Université Pontificale Catholique du Chili, Chili)
Tamara MENDEZ CASTRO (2018), Doctorante (Université de Talca, Chili)
Jonathan PRZYBYLA-TOSCANO (2017), ATER (Université de Lorraine)
Mélanie ROLAND (2017), Doctorante (Université de Lorraine)
Nicolas ROUHIER (2017-2018), Professeur (Université de Lorraine)
Hui-Chen WU (2016,-2017), Assistant Professeur (Université nationale de Tainan, Taïwan)
Patricia SISÓ-TERRAZA (2013), Doctorante (CSIC, Saragosse, Espagne)
