Le sorgho bioénergétique représente une ressource essentielle pour la production de biocarburants et de bioproduits, jouant un rôle crucial dans l’agriculture durable de demain. Des chercheurs s’efforcent d’améliorer la productivité et la résilience de cette plante haute et tolérante à la sécheresse face aux conditions environnementales difficiles. Cependant, ces efforts sont freinés par un manque de connaissances sur le fonctionnement interne des cellules végétales, empêchant les scientifiques de donner les instructions génétiques appropriées pour modifier ses traits clés, y compris la production d’huile.
Les chercheurs ont identifié des motifs d’expression génique dans les principaux types de cellules constituant les tiges de sorgho, représentant 80 % de la biomasse totale de la plante. Ils ont également découvert des promoteurs spécifiques aux types de cellules et des réseaux de gènes régulateurs sous-jacents. Leur objectif était de développer une image complète des motifs d’expression génique au niveau de chaque type de cellule, essentiel pour la modification génétique de cette plante.
Techniques avancées pour l’analyse des cellules
Les chercheurs ont adapté une technique préexistante appelée microdissection par capture laser (LCM) pour les tissus de tige de sorgho, utilisant un laser ultraviolet (UV) comme couteau pour isoler différents types de cellules. Couplée à une technique de séquençage de l’ARN à haut débit, ils ont pu obtenir un atlas complet des motifs d’expression génique au stade de croissance végétative précoce, révélant des expressions spécifiques aux types de cellules, des voies et des réseaux régulateurs sous-jacents.
Cette base de données d’expression génique à haut débit peut servir d’outil de base permettant aux chercheurs de divers centres de recherche en bioénergie d’explorer les traits moléculaires et physiologiques des tiges de sorgho à un niveau sans précédent. Les motifs d’expression découverts offrent aux chercheurs la possibilité de concevoir des promoteurs spécifiques aux types de cellules, permettant une expression génique ciblée à l’emplacement souhaité, minimisant ainsi les interférences avec d’autres types de cellules.
Vers une agriculture durable
Les biocarburants et les produits biochimiques dérivés du sorgho et d’autres cultures bioénergétiques peuvent contribuer à atténuer le changement climatique et garantir la sécurité alimentaire en ne concurrençant pas les cultures alimentaires de base pour les terres et l’eau. Cette étude accélérera les efforts pour concevoir un sorgho bioénergétique amélioré, fournissant non seulement une meilleure connaissance des tissus de tige de sorgho au niveau cellulaire, mais aussi plusieurs promoteurs spécifiques aux types de cellules pour l’ingénierie génétique.
Optimisation de la production de lipides
Un obstacle à la production de lipides dans le sorgho est que l’huile ne s’accumule pas dans son type de cellule le plus abondant (le parenchyme), et de grandes quantités de lipides s’accumulent à un stade de croissance précoce, ce qui nuit à la croissance de la plante et entraîne une faible biomasse. En appliquant des promoteurs spécifiques aux types de cellules en amont des gènes critiques identifiés dans le processus de production de lipides de la plante, il est possible de diriger l’accumulation d’huile dans les types de cellules souhaités.
Cette étude offre un premier aperçu à haute résolution de l’expression génique dans les entre-nœuds matures – les sections de la tige entre les nœuds où poussent les feuilles. Selon Kankshita Swaminathan, co-PI de CABBI à l’HudsonAlpha Institute, cette recherche est cruciale pour comprendre les caractéristiques physiologiques et moléculaires du sorgho au niveau cellulaire, ouvrant la voie à des améliorations significatives de cette culture bioénergétique.
Une équipe dirigée par des chercheurs du Center for Advanced Bioenergy and Bioproducts Innovation (CABBI) – un centre de recherche en bioénergie du Département de l’Énergie (DOE) – a créé une ressource précieuse offrant une compréhension approfondie de cette culture bioénergétique. Cette collaboration inclut le Great Lakes Bioenergy Research Center (GLBRC), l’HudsonAlpha Institute for Biotechnology et l’Environmental Molecular Sciences Laboratory (EMSL) du Pacific Northwest National Laboratory (PNNL).
Article : « Cell-type-specific transcriptomics uncovers spatial regulatory networks in bioenergy sorghum stems » – DOI: https://doi.org/10.1111/tpj.16690
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