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L’augmentation des rendements est un enjeu majeur chez les céréales. Dans cet objectif, il est nécessaire de maintenir la qualité du grain de blé, qui est principalement déterminée par sa teneur et sa composition en protéines de réserve. En effet, une forte relation négative existe entre le rendement et la teneur en protéines. Par ailleurs, la qualité du grain est fortement influencée par la disponibilité en azote et en soufre dans le sol. La limitation des apports d’intrants azotés à la culture et la carence en soufre récemment observée dans les sols représentent ainsi des difficultés supplémentaires pour maitriser cette qualité. Une meilleure connaissance des mécanismes moléculaires impliqués dans le contrôle du développement du grain et la mise en place de ses réserves protéiques en réponse à la nutrition azotée et soufrée est donc primordiale. L’objectif de cette thèse a ainsi été d’apporter de nouveaux éléments à la compréhension de ces processus de régulation, aujourd’hui peu connus. Pour cela, les approches -omiques sont apparues comme une stratégie de choix pour identifier les acteurs moléculaires mis en jeu. Le protéome nucléaire a été une cible importante dans les travaux menés. L’étude de ces protéines nucléaires a révélé certains régulateurs transcriptionnels qui pourraient être impliqués dans le contrôle de la mise en place des réserves du grain. Dans une approche combinant des données de protéomique, transcriptomique et métabolomique, une vision intégrative de la réponse du grain à la nutrition azotée et soufrée a été obtenue. L’importance d’un apport de soufre dans le contrôle de la balance azote/soufre du grain, déterminante pour la composition du grain en protéines de réserve, a été clairement vérifiée. Parmi les changements observés au niveau du métabolisme cellulaire, certains des gènes affectés par la modification de cette balance pourraient orchestrer l’ajustement de la composition du grain face à des situations de carences nutritionnelles. Ces nouvelles connaissances devraient permettre de mieux maitriser la qualité du grain de blé dans un contexte d’agriculture durable.

Ce travail repose sur une expérimentation conduite en conditions contrôlées basée sur Triticum monococcum, espèce diploïde de blé, considéré comme une espèce modèle. Dans cette expérimentation, les plantes ont reçu différents niveaux de nutrition azotée et soufrée après floraison. Des grains ont été prélevés à différents stades de développement pour des analyses de protéomique, métabolomique et transcriptomique. L’ensemble de ces données a été intégré pour mieux comprendre la réponse du grain face à des stress nutritionnels.

Ces travaux ont d’abord permis de développer un protocole d’extraction des protéines nucléaires pour intégrer ces protéines régulatrices dans l’étude. Il faut en effet savoir que les mécanismes de régulation transcriptionnelle sont importants pour la synthèse des protéines de réserve. Ils ont ensuite permis d’identifier des acteurs clefs de la réponse du grain à la fertilisation azotée et soufrée.