Papers by Virginie Bourion
Within a high throughput phenotyping platform, mix ecophysiology, microbial ecology, molecular physiology and genetics and stir: the recipe of new breeding tools
HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe), Jul 6, 2023
Peer Community Journal
Pea is a major pulse crop in temperate regions and a model plant in genetics. Large genetic marke... more Pea is a major pulse crop in temperate regions and a model plant in genetics. Large genetic marker resources are needed to assess the genetic diversity in the species genepool and to provide selection tools for breeders. In this study, we used second-generation sequencing to perform an exome-capture protocol using a diverse pea germplasm collection, and produced a resource of over 2 million Single Nucleotide Polymorphisms. This dataset was then used to characterize the genetic diversity present in the panel and compute phylogenetic and structure analyses. The development of this resource paves the way for Genome-wide association studies and the development of powerful genotyping tools.
Recherche des meilleurs couples pois-rhizobia. Premiers résultats et perspectives
HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe), Feb 7, 2019
National audienceLa culture de légumineuses, et en particulier du pois, présente le double intérê... more National audienceLa culture de légumineuses, et en particulier du pois, présente le double intérêt de permettre une production de graines à haute valeur nutritionnelle sans nécessité d’un apport d’engrais azoté. Cependant, la nutrition azotée du pois, et en particulier la fixation symbiotique de l’azote atmosphérique, peut être insuffisante dans certains environnements et limiter ainsi le rendement de la culture. L’établissement de la symbiose entre pois et rhizobium nécessite une reconnaissance mutuelle spécifique entre les deux partenaires, et une coordination de l'expression de nombreux gènes, indispensable à la mise en place des importantes modifications racinaires permettant la formation des organes symbiotiques appelés nodosités. Dans les conditions de plein champ, les plantes de pois sont en interaction avec des populations de souches de rhizobium indigènes, variables à la fois pour leur efficacité à fixer l’azote atmosphérique et à noduler les plantes ainsi que pour leur capacité à rivaliser avec les autres souches présentes dans les sols. Différentes expérimentations ont mis en évidence des associations préférentielles entre génotypes de pois et souches bactériennes. Cependant, les gènes impliqués dans les étapes précoces de la nodulation sont très peu connus chez le pois et rien n’est encore connu sur le déterminisme génétique du choix entre les deux partenaires symbiotiques. Une meilleure connaissance de ces déterminismes génétiques est l’enjeu de programmes de recherche en cours, avec comme perspectives, la création de variétés de pois pouvant être nodulées au champ, par des souches de rhizobium compétitives et efficientes
Challenges and opportunities for innovative research on legume nutrition and stress adaptation: an ecophysiologist’s and phenotyping point of view
HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe), May 21, 2019
International audienceAgroecology needs to reconcile agronomy and ecology, preserving and valoriz... more International audienceAgroecology needs to reconcile agronomy and ecology, preserving and valorizing plant and microbe biodiversity. Legumes have merits for agroecology considering their ecological services. They constitute a protein source and their production relocation give merits for feed and food. However, they are still under represented due to both biotic and abiotic constraints. Research need to increase their profitability through higher and more stable yield and protein content, and new uses in a fluctuating environment [2]. Mechanisms which control nutrient use efficiency have to be highlighted i) considering nutrient acquisition, storage, remobilization [3] ii) under various conditions of water deficit or depressed nutrient availability, and iii) assessing plant and soil microbe interactions [4] which have important effects on the growth, nutrition and health of plants as well as on biogeochemical cycling. This rely on using multidisciplinary approaches and different legume species, depending on the characteristics to be improved and available genetic and genomic resources. Some phenotyping platform under controlled conditions can modulate both plant genetics and microbiome. Phenotyping tools and methods involving also some “omic’s” [5] can so generate large data sets concerning plant and possibly microbial traits. These are completed by environmental characterization which is part of phenotyping and need also both accurate tools and methods [6]. These data in turn feed models [7] which are crucial for a better understanding of plant physiological functions under various environmental conditions. This is essential to identify plants that are better adapted or resilient to stress and to characterize (beneficial) plant and microbiome interactions
Le système racinaire nodulé du pois : un rôle pivot pour sa stabilité sous contraintes hydriques fluctuantes
HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe), Sep 19, 2019
National audienceDans le contexte du changement climatique, des épisodes de stress hydrique plus ... more National audienceDans le contexte du changement climatique, des épisodes de stress hydrique plus fréquents sont attendus, entraînant des modifications de nutrition, de croissance des plantes, et donc des pertes de rendements. Chez les plantes légumineuses, telles que le pois protéagineux, un stress hydrique du sol diminue drastiquement l’acquisition de l’azote (N) par la fixation symbiotique du N2 atmosphérique, conduisant à une carence azotée de la plante et pouvant diminuer le rendement de 30 à 60% suivant les variétés. Il apparait donc nécessaire de sélectionner des génotypes de pois mieux adaptés à la sécheresse. Dans cette étude, les réponses architecturales, physiologiques et transcriptionnelles des racines et des nodosités de pois à un épisode de stress hydrique, suivi d'une période de récupération, ont été étudiées. Nous explorerons les potentielles relations entre traits d’architecture racinaire et tolérance au stress hydrique, via l’analyse d’une diversité de génotypes de pois soumise à un stress hydrique. Puis, nous nous focaliserons sur un nombre de génotypes plus restreint afin d’étudier soit la réponse physiologique du pois à des niveaux de disponibilité en eau, soit les bases moléculaires associées durant la phase de stress et la période de récupération lors d’un réarrosage
Phenotyping feeds plant models
HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe), Nov 4, 2018
prod ?EASPEBAPGEAPSIGESTADINRAPhenotyping feeds plant models. 6th IEEE International Symposium on... more prod ?EASPEBAPGEAPSIGESTADINRAPhenotyping feeds plant models. 6th IEEE International Symposium on Plant Growth Modeling Visualization and Applicatio
Plant acclimation to high temperatures and water deficit: a comparative study determining independent and combined effects in four grain legume species
HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe), May 13, 2019
National audienceFour grain legumes species (Pea, Faba bean, Lentil and Lupin) were evaluated for... more National audienceFour grain legumes species (Pea, Faba bean, Lentil and Lupin) were evaluated for their responses to high temperatures (HT) and soil water deficit (WD), applied independently or jointly. We characterized both nodulated root development and growth, as well as nodulated root performance in terms of water and N uptake. To that aim, plants inoculated with rhizobium were grown up to four weeks, corresponding to their vegetative stage, in innovative RhizoTubes© on the 4PMI high throughput phenotyping platform. Most of the traits, including overall plant performance illustrated by plant biomass, were more impacted by combined HT and WD than when these stresses were applied separately. Additionally, a few root morphological traits responded specifically to either one or the other stress. Contrasted adaptive strategies mediated either through i) differential carbon partitioning among above and belowground organs, ii) root architecture plasticity or iii) the efficiency of symbiotic nitrogen fixation, were identified among the four species under individual or combined stresses. Under combined HT and WD, lupin was the only species that increased the shoot:root ratio. Under HT, lentil privileged nodule growth at the expense of root growth while the opposite occurred in lupin. Under WD, species maintained (such as faba bean or lentil) while others decreased (such as lupin of pea) nodule symbiotic fixation activity. This study highlights that the modulation by abiotic stresses of trade-offs in resource allocation between roots and nodules is not generic to the fourlegume species and that the interaction between HT and WD did not reflect additive effects of each individual stress
Phénotypage racinaire haut débit et ses applications à l'étude des interactions plante x microorganisme
HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe), 2019
Prod 2019-83f BAP EA SPE GEAPSI SERRES GESTAD INRANational audienceDe nombreuses innovations ont ... more Prod 2019-83f BAP EA SPE GEAPSI SERRES GESTAD INRANational audienceDe nombreuses innovations ont été développées afin de caractériser le fonctionnement des plantes modèles ou cultivées. Ces innovations comprennent de nouvelles méthodes et équipements dédiés à l’analyse des plantes et la gestion des données associées. Ils permettent d’analyser dans des conditions climatiques variées la morphologie, la phénologie et le fonctionnement physiologique des plantes résultant de l’expression de leurs gènes, ce que l’on appelle le « phénotype » d’une plante. Ceci est réalisé à « haut débit » par le biais de la caractérisation non destructive, dynamique et automatisée des phénotypes de milliers de plantes et l’acquisition des données microclimatiques permettant de caractériser l’environnement des plantes. Le phénotypage haut débit des parties racinaires ainsi que celui de leurs interactions avec les microorganismes telluriques attirent de plus en plus l’attention des chercheurs. Considérant leur impact majeur sur la santé et la croissance des plantes, en particulier en conditions de stress, il y a là de gros enjeux méthodologiques et scientifiques pouvant conduire à des avancées majeures en sélection variétale
HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe), Oct 11, 2016
Analyse et modélisation des réponses intégrées de Medicago truncatula (Mtr) aux contraintes azotées
HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe), Dec 15, 2008
HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe), Mar 16, 2015
Can LCO and mycorrhiza mitigate the impact of water deficit on pea growth in co-inoculations with rhizobium? A preliminary assessment
HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe), May 13, 2019
National audienceWater stress is a major factor limiting production of legumes in Europe, but cou... more National audienceWater stress is a major factor limiting production of legumes in Europe, but could be mitigated by improving interactions between plant roots and soil microbial communities, including symbiotic rhizobia and arbuscular mycorrhizal fungi. These two microbes produce lipochitooligosaccharide (LCO) signals, which stimulate symbiotic interactions and lateral root formation [1, 2]. While N2-fixation by rhizobia fulfills the plants N requirement [3], mycorrhizal fungi can improve mineral nutrition (P, N, S, K, Zn, Cu…) and water uptake [4- 5]. We have investigated in pea plants grown in interaction with a rhizobium strain, to what extent the negative impact of water deficit could be mitigated by the use of either (i) an exogenous mycorrhizal inoculum or (ii) a selected LCO or (iii) both mycorrhizal inoculum and LCO. Plants were grown in pots or innovative RhizoTubes© on the 4PMI high throughput phenotyping platform equipped with imaging cabinets. Following one week of growth under optimal watering conditions, plants were subjected to a water deficit for three weeks. The experimental setup allowed a precise control of watering and an automatic imaging of shoots and nodulated root systems. Plant shoot and root growth and development traits as well as seed yield components were measured for each treatment. This experiment will provide a better understanding of the putative protective effect of LCO treatment and/or mycorrhizal inoculation against drought stress in nodulated peas and help define optimized plant-LCOsymbiont combinations to increase pea tolerance to abiotic stress
Key Note speaker Plant resistance and architecture for protection of pulses against biotic stresses
HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe), May 13, 2019
National audienceMajor diseases and pests, such as root rots, ascochyta blights and aphids, are l... more National audienceMajor diseases and pests, such as root rots, ascochyta blights and aphids, are limiting factors to cool season pulse production in many countries worldwide, especially in Europe. In the context of pesticide reduction, plant genetic resistance and architecture are main traits that can be mobilised in breeding for disease and pest management. Knowledge of quantitative resistance to major diseases and pests of pea and faba bean in France has benefited from the development of sequenced genomes and massive SNP markers [1], which have recently been highly valuable to identify candidate genes controlling resistance. Fine mapping and sequencing of major resistance QTL [2], as well as Linkage Analysis (LA) [3] and Genome-Wide Association Studies (GWAS) coupled with Genotyping By Sequencing (GBS) technologies, have been developed to identify, compare and study synteny of loci and candidate genes for resistance. Plant and canopy architectures have been studied in pea for their effect on limiting disease severity and epidemics. Alleles at genes controlling aerial or root plant architectural traits were found to cosegregate with resistance alleles at QTL controlling aerial or root diseases [4]. Combining plant resistance and architecture traits unfavourable to diseases and pests will be a key strategy for durable crop protection. Future research will combine other plant traits with resistance and architecture, such as plant ability to select useful micro-organisms or to produce compounds that are beneficial to plant protection, as well as agricultural practices
The pea genome... Now and After
HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe), Jan 11, 2020
International audienceHaving a genome sequence available is a critical step towards unravelling f... more International audienceHaving a genome sequence available is a critical step towards unravelling functional diversity and establishing genome-enabled breeding. The recently generated pea genome sequence represents a great tool for genomicists, geneticists and breeders not only for the pea community but also for legume research. In the genome project, re-sequencing data revealed the considerable diversity present in the Pisum genus. In the PeaMUST and GRASP project, an unprecedented effort was made to genotype large pea collections using the exome capture technology. This high density SNP data was exploited in genome-wide association studies (GWAS) on a large number of traits related to yield, symbiose, as well as response to biotic and abiotic stresses. Furthermore, transcriptomics experiences were able to unravel or confirm mechanisms linked to nutrient remobiization in leaves or seeds. We will present snapshots of these results using the genome, discuss limits of this assembly and how we can improve it
Quel impact de la génomique végétale sur l’innovation variétale : l’exemple du projet PeaMUST. Le génome du pois: vers de nouvelles strategies de sélection
HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe), Sep 30, 2020
International audienceL’avancée des technologies « nouvelle génération » de séquençage de l’ADN p... more International audienceL’avancée des technologies « nouvelle génération » de séquençage de l’ADN permettent une connaissance de plus en plus poussée des génomes et de leur expression. Ces connaissances permettent d’approcher plus finement les déterminants moléculaires des traits phénotypiques et ouvrent des perspectives d’augmentation du progrès génétique dans le cadre de la sélection variétale. Le pois est une espèce modèle depuis les travaux de G. Mendel conduisant à la découverte des lois de l’hérédité. La séquence du génome de cette espèce longtemps délaissée des approches de génomique a récemment été obtenue par un consortium international piloté par l’INRAE (1,2). Dans le cadre du projet de recherche français PeaMUST regroupant un large partenariat entre secteurs public et privé, différentes stratégies tirant partie de ces connaissances ont été mises en oeuvre pour améliorer le pois (3). Ces stratégies varient en fonction des caractères ciblés : pour améliorer la régularité du rendement, un trait hautement multifactoriel qui résulte de la capacité des plantes à s'adapter et à répondre à l'environnement, une approche de sélection à l’échelle du génome entier a été testée ; pour la résistance durable aux pathogènes, une stratégie prometteuse est de pyramider plusieurs gènes de résistance correspondant à des mécanismes divers ; enfin, des mutations à effet majeur contrôlant l’architecture aérienne et racinaire des plantes ont été testées pour leur effet sur la tolérance aux stress. L'amélioration des cultures doit en effet plusieurs réussites remarquables à la manipulation de l'architecture végétale, comme l'utilisation des caractères afila et de nanisme chez le pois.PeaMust is an international program on pea breeding goals and techniques and pea genomics. Two convergent achievements testify to its pertinence. It associates the complete sequencing and deciphering of the DNA on one hand with efficient genetic approaches to phenotype analysis and methods dealing with quantitative and adaptative traits on the other. Examples of PeaMust successbear on regularity of production, on the confrontation with pathogens or environmental stress, on the architecture of the plant. In each case PeaMust offers innovative opportunities
Tâche 4 : Effet des combinaisons de QTL sur la plante
HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe), Mar 24, 2022
Holobionte chez Pisum spp.: des Rhizobia à la rhizosphère
HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe), Nov 15, 2022
Variabilité génétique pour la mise en place du système racinaire du pois
HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe), Nov 25, 2004
Determism of seed protein content and composition in pea (<em>Pisum sativum L.</em>)
HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe), Jan 12, 2008
From simple visualization to detailed understanding of plant and microbes interactions, using ‘pheno’ methods and models
HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe), Dec 8, 2020
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