L’azote est un des macronutriments essentiels pour les plantes. Dans les sols, l’azote est présent sous différentes formes organiques et inorganiques. Les plantes utilisent préférentiellement le nitrate, qui n’est pas toujours disponible en quantités suffisantes dans les sols. Récemment, une étude a permis de montrer que le facteur de transcription NLP7 est un régulateur majeur de la réponse primaire au nitrate. La localisation subcellulaire de cette protéine est régulée par le nitrate : en son absence, elle est localisée dans le cytoplasme alors qu’après ajout de nitrate, une rétention nucléaire est activée. Les mécanismes moléculaires de cette rétention restent encore à comprendre ainsi que la transmission du signal nitrate, de l’extérieur de la plante à la protéine NLP7. Le transporteur de nitrate NPF6.3 a été montré comme jouant un rôle dans la perception du nitrate, c’est donc un transcepteur. Notre hypothèse était que NPF6.3 est le récepteur de nitrate en amont de NLP7. Pour tester cette hypothèse, nous avons étudié par des approches génétiques les liens d’épistasie entre les deux gènes. L’étude de la biomasse et de l’expression des gènes sentinelles en réponse au nitrate chez les simples et double mutants a permis d’observer des phénotypes additifs. Nous avons pu montrer que le mécanisme de relocalisation rapide de la protéine NLP7 dans le noyau est toujours actif dans le fond mutant npf6.3. Ces résultats ont donc permis de montrer que NLP7 et NPF6.3 n’appartiennent pas à la même voie de signalisation mais que ces deux voies pourraient être dépendantes selon les conditions. D’autre part, peu de régulateurs de la réponse au nitrate sont connus. De manière intéressante, les gènes cibles de NLP7 sont enrichis en protéines régulatrices comme par exemple d’autres facteurs de transcription ou encore des protéines kinases, ce qui place NLP7 à un haut niveau hiérarchique de régulation dans la voie de signalisation en réponse au nitrate. En effet, ces cibles directes de NLP7 pourraient elles-mêmes être impliquées dans des voies de signalisation en aval de NLP7. Dans le but de disséquer la voie de signalisation en aval de NLP7, nous avons étudié deux cibles directes de NLP7, des Mitogen-Activated Protein Kinase Kinase Kinases (MAPKKKs), MAPKKK13 et MAPKKK14. Les MAPKs sont connues pour leur mode d’action en cascades de phosphorylations. Par des approches biochimiques en protoplastes, nous avons montré que MAPKKK13/14 sont capables d’activer des MAPKs du groupe C via MKK3. De plus, nous avons obtenu de premières indications montrant que certaines réponses développementales au nitrate ainsi que la réponse primaire au nitrate seraient partiellement modifiées dans les simples mutants mapkkk13 et mapkk14, et dans le double mutant mapkkk13/14. / Nitrogen is one of the most important macronutrients for plants. In the soils, nitrogen can be found under different organic and inorganic forms. Plants preferentially use nitrate, which is not always available for plant uptake and assimilation in soils. Recently, it was shown that the NLP7 transcription factor is a master regulator of the primary nitrate response. Its subcellular protein localization is regulated by nitrate: without nitrate, the protein is localised in the cytoplasm whereas after nitrate resupply, a nuclear retention is observed. Molecular mechanisms of this nuclear-cytosolic shuttling and of the nitrate signal transduction from the external medium to the NLP7 protein are still unknown. It has been shown that the NPF6.3 nitrate transporter plays a role in the nitrate signal sensing, which made this protein a transceptor. Our hypothesis was that NPF6.3 is the nitrate sensor upstream of NLP7. To test this hypothesis, we studied by genetic approaches the epistasis link between the two genes. By studying the simple and double mutant’s biomass and sentinel gene regulation in response to nitrate, we observed additive phenotypes. We showed that the nuclear relocation mechanism of NLP7 is still active in the npf6.3 mutant background. All together, these results showed that NLP7 and NPF6.3 are not in the same signalling pathway but there would be an interplay depending on the conditions. On the other hand, only a few regulators of the nitrate response are known. Interestingly the direct target genes of NLP7 are highly enriched for regulatory proteins such as other transcription factors or protein kinases, which places NLP7 at a high hierarchical place in the nitrate signalling pathway. Indeed these direct targets of NLP7 may themselves be involved in signalling cascades downstream of NLP7. In order to identify molecular events downstream of NLP7, we studies two NLP7 direct targets, Mitogen-Activated Protein Kinase Kinase Kinases (MAPKKKs), MAPKKK13 and MAPKKK14. MAPKs are known to act as phosphorylation cascades. Using biochemical approaches in protoplasts, we have shown that MAPKKKK13/14 are able to activate Group C MAPKs via MKK3. In addition we showed in planta that nitrate addition indeed triggered the activation of group C MAPKs and that this activation is dependent on NLP7 and MKK3. Furthermore we obtained first indications that nitrate-dependent developmental traits and the primary nitrate response are partially impaired in the single mutants mapkkk13 and mapkkk14, and the double mutant mpkkk13mpkkk14.

Les plantes sont capables de percevoir dans leur environnement la disponibilité en nitrate (NO3-), un macro-nutriment essentiel. Chez Arabidopsis thaliana, le transporteur de NO3- NRT1.1 constitue un système de perception qui active de nombreuses réponses au NO3-, notamment la régulation de l'expression de gènes et le développement des racines latérales. Dans ce dernier cas, un mécanisme de transduction du signal a été proposé. Celui-ci met en jeu une activité de transport d'auxine par NRT1.1 qui est inhibée par le NO3-. Cependant, le(s) mécanisme(s) moléculaire(s) permettant à NRT1.1 de contrôler un large panel de réponses au NO3- reste(nt) largement inconnu(s). L'objectif de ce travail était donc d'approfondir nos connaissances sur les voies de signalisation du NO3- dépendantes de NRT1.1. Grâce à l'analyse de mutants et de lignées transgéniques exprimant des versions de NRT1.1 présentant des mutations ponctuelles, nous avons pu découpler certaines des réponses NRT1.1-dépendantes et montré que cette protéine peut percevoir/transduire le signal NO3- au travers d'au moins trois mécanismes distincts, possédant des bases structurales différentes au sein de la protéine. D'autre part, ce travail a permis de valider l'hypothèse selon laquelle NRT1.1, en intervenant comme transporteur d'auxine, contrôle directement le développement des racines latérales, et ce indépendamment des autres transporteurs d'auxine qui y sont exprimés. Enfin, nous avons montré qu'en plus de sa régulation transcriptionnelle déjà connue, NRT1.1 est soumis à une puissante et complexe régulation post-transcriptionnelle. En effet, le transcrit NRT1.1 est stabilisé en présence de NO3- dans la racine alors que l'accumulation de la protéine NRT1.1 est réprimée par le NO3- spécifiquement au niveau des primordia de racines latérales. Les résultats obtenus au cours de ce travail ont permis d'élaborer un modèle cohérent du rôle de signalisation joué par NRT1.1, et ouvrent de nombreuses perspectives pour comprendre comment, chez les plantes, un « transcepteur » (transporteur/senseur) peut contrôler une vaste gamme de réponses adaptatives aux facteurs de l'environnement. / Plants are able to sense the external availability of nitrate (NO3-), a major macro-nutrient. In Arabidopsis thaliana, the NO3- transporter NRT1.1 acts as a sensor that triggers many different adaptive responses, including the regulation of gene expression and lateral root development. In the latter case, a transduction mechanism that involves a NO3--inhibited auxin transport activity dependent of NRT1 has been proposed. However, the molecular mechanism(s) allowing NRT1.1 to control such a large palette of NO3- responses is still largely unknown. Thus the aim of this work was to better understand and characterize the NRT1.1-dependent NO3- signaling pathway(s). Using mutants and transgenic lines expressing point mutated forms of NRT1.1, we uncoupled several of the NRT1.1-dependent responses and thus demonstrated that NR1.1 can sense/transduce NO3- signal through at least three distinct mechanisms at the protein level. This work also largely confirmed the hypothesis that NRT1.1 directly controls lateral root development through its auxin transport activity regardless of the other auxin transporters expressed in lateral root primordia. Finally, we showed that, besides the already well characterized transcriptional NO3--dependent regulation of NRT1.1, this gene is also subjected to complex post-transcriptional regulations. Indeed, on the one hand, NRT1.1 mRNA is stabilized by NO3- in roots whereas, on the other hand, protein accumulation is specifically repressed by NO3- in lateral root primordia. Altogether, these results allowed us to build a comprehensive model of the complex NRT1.1 signaling and open many perspectives to understand how plant “transceptors” (transporter/sensor) can monitor a large variety of adaptive responses to environmental factors.