A novel high efficiency, low maintenance, hydroponic system for synchronous growth and flowering of Arabidopsis thaliana

BACKGROUND: Arabidopsis thaliana is now the model organism for genetic and molecular plant studies, but growing conditions may still impair the significance and reproducibility of the experimental strategies developed. Besides the use of phytotronic cabinets, controlling plant nutrition may be critical and could be achieved in hydroponics. The availability of such a system would also greatly facilitate studies dealing with root development. However, because of its small size and rosette growth habit, Arabidopsis is hardly grown in standard hydroponic devices and the systems described in the last years are still difficult to transpose at a large scale. Our aim was to design and optimize an up-scalable device that would be adaptable to any experimental conditions. RESULTS: An hydroponic system was designed for Arabidopsis, which is based on two units: a seed-holder and a 1-L tank with its cover. The original agar-containing seed-holder allows the plants to grow from sowing to seed set, without transplanting step and with minimal waste. The optimum nitrate supply was determined for vegetative growth, and the flowering response to photoperiod and vernalization was characterized to show the feasibility and reproducibility of experiments extending over the whole life cycle. How this equipment allowed to overcome experimental problems is illustrated by the analysis of developmental effects of nitrate reductase deficiency in nia1nia2 mutants. CONCLUSION: The hydroponic device described in this paper allows to drive small and large scale cultures of homogeneously growing Arabidopsis plants. Its major advantages are its flexibility, easy handling, fast maintenance and low cost. It should be suitable for many experimental purposes

LED Color Gradient As A New Screening Tool For Rapid Phenotyping Of Plant Responses To Light Quality

Background The increasing demand for local food production is fueling high interest in the development of controlled environment agriculture. In particular, LED technology brings energy-saving advantages together with the possibility to manipulate plant phenotypes through light quality control. However, optimizing light quality is required for each cultivated plant and specific purpose. Findings In this paper, it is shown that the combination of LED gradient setups with imaging-based non-destructive plant phenotyping constitutes an interesting new screening tool with the potential to improve speed, logistics, and information output. To validate this concept, an experiment was performed to evaluate the effects of a complete range of Red:Blue ratios on seven plant species: Arabidopsis thaliana, Brachypodium distachyon, Euphorbia peplus, Ocimum basilicum, Oryza sativa, Solanum lycopersicum, and Setaria viridis. Plants were exposed during 30 days to the light gradient and showed significant, but species-dependent, responses in terms of dimension, shape, and color. A time series analysis of phenotypic descriptors highlighted growth changes but also transient responses of plant shapes to the Red:Blue ratio. Conclusion This approach, which generated a large reusable dataset, can be adapted for addressing specific needs in crop production or fundamental questions in photobiology.VeLire, Tropical Plant Factory (Plant'HP

Contribution à l'étude des effets de l'enrichissement de l'atmosphère sur la croissance des plantes herbacées. Analyse et modélisation chez Arabidopsis thaliana.

L’enrichissement en CO2 de l’atmosphère dû aux activités humaines est considéré comme la cause principale des perturbations climatiques actuelles ou 'global change'. Chez les plantes C3, on constate généralement que l'enrichissement en CO2 provoque à court terme une stimulation de la photosynthèse. On peut donc s'attendre à ce que cette stimulation photosynthétique et la production supplémentaire de sucres qui en résulte agissent positivement sur la croissance des plantes. Cependant, il apparaît souvent que les plantes « s'acclimatent » à l'enrichissement en CO2 de sorte que l'effet positif sur la croissance est moindre que si la stimulation initiale était maintenue. Les sucres eux-mêmes pourraient contrôler cette acclimatation en exerçant un feed-back négatif sur la photosynthèse. Cela implique que lorsque la capacité de la plante à utiliser ce surplus des sucres est réduite, dans le cas d’une carence en azote par exemple, la réponse à l'enrichissement en CO2 peut également être affectée. Le but de notre travail était d’étudier et de modéliser les mécanismes qui contrôlent la réponse des plantes au CO2 en utilisant la plante modèle A. thaliana. Notre volonté était d’envisager, ensemble, les aspects physiologiques et moléculaires de cette réponse au niveau de la plante entière. Cela a nécessité la mise au point de deux équipements originaux. Le premier est un système de culture sur milieu liquide ou « hydroponique » permettant le contrôle et la manipulation de la disponibilité en éléments minéraux. Le second est un dispositif permettant la mesure des échanges gazeux d’une plante entière d’A. thaliana et la mesure de certains paramètres photosynthétiques en réponse à l’enrichissement en CO2. Dans un premier temps, nous avons étudié l’impact du doublement de la teneur en CO2, soit 800 ppm, sur la croissance, la photosynthèse et la production des sucres lorsqu’il est appliqué dès le semis. Nous avons comparé la réponse de plantes soumises à trois régimes azotés et observé que l’enrichissement en CO2 stimulait la croissance lorsque la disponibilité en azote n’est pas limitante. Bien que l’activité photosynthétique soit réduite chez les plantes carencées en azote, cette réduction ne semble pas, dans nos conditions expérimentales, être le résultat d’une répression contrôlée par les sucres. Nos résultats indiquent plutôt que, placées dans des conditions environnementales stables, les plantes ajustent leur vitesse de croissance afin de maintenir un équilibre entre leur capacité à produire et à utiliser les sucres. Dans une seconde approche, nous avons tenté de modéliser les mécanismes principaux qui sous-tendent la réponse d’A. thaliana à l’enrichissement en CO2. L’observation que la croissance de mutants incapables d’utiliser l’amidon comme réserve transitoire de sucres n’était pas stimulée par l’augmentation de la teneur en CO2 nous a incités à centrer ce modèle sur l’allocation des sucres et en particulier la synthèse d’amidon. Les fonctions qui constituent ce modèle ont été mesurées expérimentalement et certaines n’ont pu être obtenues que grâce à l’analyse de mutants du métabolisme de l’amidon. Nous avons montré que le modèle était capable de prédire la croissance d’A. thaliana et de mutants du métabolisme de l’amidon sous une teneur ambiante ou double en CO2, suggérant que la synthèse d’amidon pourrait avoir, chez A. thaliana, une importance cruciale dans la réponse à l’enrichissement en CO2. Par ailleurs, cette modélisation a mis également en évidence l’importance du paramètre « vitesse de croissance » dans la réponse au CO2 et renforce donc les conclusions de notre étude expérimentale. Les outils que nous avons développés nous ont permis d’étudier, globalement, la réponse d’A. thaliana à l’enrichissement en CO2 dans un environnement stable et contrôlé dès le semis. Les résultats que nous avons obtenus sont par certains aspects – absence d’accumulation de sucres et de répression de la Rubisco sous une atmosphère enrichie en CO2 – atypiques. Ils mettent en lumière l’importance que jouent les conditions expérimentales dans les études sur la réponse des plantes au CO2 et, en particulier, sur l’interprétation des résultats qui en découlent. En effet, nos observations remettent en question le rôle des sucres dans le contrôle de l’acclimatation de la photosynthèse au CO2. Elles valident cependant notre stratégie expérimentale et notamment l’utilisation d’Arabidopsis dans une approche visant à modéliser un processus complexe, tel que celui de la réponse à l’augmentation de la teneur atmosphérique en CO2

Photobioreactors for efficient production of molecules with high added value, based upon an innovative technology for the production of porous materials

BIOVAMAT WINNOMAT2 71/666

The FLC-dependent vernalization pathway in Sinapis alba.

In many plants, flowering is promoted by a long exposure to cold, a process known as ‘vernalisation’. In Arabidopsis, the vernalisation pathway was shown to promote flowering via the repression of the FLOWERING LOCUS C (FLC) gene, which encodes a repressor of flowering. As far as we know, the genetical control of flowering is conserved among Brassicaceae, and we reported elsewhere cloning of flowering times genes of the photoperiodic pathway in Sinapis alba, based on sequence similarity with Arabidopsis. However, little is known about vernalisation in Sinapis. We therefore undertook a physiological and molecular study of this process. Plants of Sinapis were grown in non inductive short days and vernalised at 7°C, at the seedling stage. Vernalisation was found to accelerate flowering and an increasing effect was observed for vernalisation treatments longer than 2 weeks. We cloned an FLC-like sequence (SaFLC) by screening a cDNA library, and used it as a probe to perform expression analyses. We observed that SaFLC was almost completely repressed after 1 week of vernalisation, but repression was stable only after 2 weeks, which is consistent with the fact that 2-week is the minimal duration of vernalisation that promotes flowering. Hence the molecular mechanisms of vernalisation seem to be conserved in Sinapis and Arabidopsis

On the necessity and biological significance of threshold-free regulon prediction outputs

The in silico prediction of cis-acting elements in a genome is an efficient way to quickly obtain an overview of the biological processes controlled by a trans-acting factor, and connections between regulatory networks. Several regulon prediction web tools are available, designed to identify DNA motifs predicted to be bound by transcription factors using position weight matrix-based algorithms. In this paper we expose and discuss the conflicting objectives of software creators (bioinformaticians) and software users (biologists), who aim for reliable and exhaustive prediction outputs, respectively. Software makers, concerned with providing tools that minimise the number of false positive hits, often impose a stringent threshold score for a sequence to be included in the list of the putative cis-acting sites. This rigidity eventually results in the identification of strongly reliable but largely straightforward sites, i.e. those associated with genes already anticipated to be targeted by the studied transcription factor. Importantly, this biased identification of strongly bound sequences contrasts with the biological reality where, in many circumstances, a weak DNA-protein interaction is required for the appropriate gene's expression. We show here a series of transcriptionally controlled systems involving weakly bound cis-acting elements that could never have been discovered because of the policy of preventing software users from modifying the screening parameters. Proposing only trustworthy prediction outputs thus prevents biologists from fully utilising their knowledge background and deciding to analyse statistically irrelevant hits that could nonetheless be potentially involved in subtle, unexpected, though essential cis-trans relationships

Un anticorps monoclonal matrice optimisé pour la production en cellules végétales et pour l’immobilisation en surface

Waléo3-AMOVI

“Rhizoponics”: a novel hydroponic rhizotron for root system analyses on mature Arabidopsis thaliana plants

We present here an innovative design of hydroponic rhizotrons (rhizoponics) adapted to Arabidopsis thaliana. The setup allows to simultaneously characterize the RSA and shoot development from seedling to adult stages, i.e. from seed to seed. This system offers the advantages of hydroponics such as control of root environment and easy access to the roots for measurements or sampling. Being completely movable and low cost, it can be used in controlled cabinets. We chose the case of cadmium treatment to illustrate potential applications, from cell to organ levels.Etude des effets de la floraison sur le développement racinaire chez Arabidopsis thalian