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GÉNÉTIQUE

Ramifications de la canne à sucre

De petites molécules d’ARN contrôlent la croissance 
des rameaux latéraux de la plante

Publié en juin 2013

La canne à sucre ne se cultive pas uniquement avec des semences mais avec des morceaux de chaume constitués de tiges de canne à sucre. Chaque fragment gère une nouvelle plante grâce au développement de bourgeons latéraux. La génétique de cette architecture de la canne est en train d’être dévoilée par l’équipe de l’ingénieur agronome Fabio Nogueira, de l’Université Publique Pauliste (Unesp) de Botucatu, en partenariat avec le bioinformaticien Renato Vicentini, de l’Université Publique de Campinas. Dans un article publié en mai dans le Journal of Experimental Botany, les chercheurs ont montré que de petites molécules d’ARNs contrôlaient l’inactivation et l’activation des gènes de ces bourgeons latéraux appelés gemmes axillaires.

«Chaque mérithalle de la tige possède un ou deux gemmes axillaire en sommeil», explique Fabio Nogueira. «Le fait de couper la tige entraine une modification du bilan hormonal et métabolique, induit la croissance du gemme et produit une nouvelle plante. «Les principaux acteurs sont des molécules d’ARN qui agissent comme des interrupteurs sur les gènes. Le micro ARN 159 en est un exemple et il se trouve en grande quantité dans les gemmes axillaires en sommeil, également caractérisés pour leur teneur élevée en une hormone végétale appelée acide abscissique. Cet ARN bloque la réponse physiologique d’une autre hormone, l’acide gibbérellique, qui stimule la prolifération cellulaire. Quand la plante est coupée, un signal encore non identifié réduit la quantité d’acide abscissique dans les gemmes axillaires, limitant l’action de ce micro-ARN et libérant la voie de signalisation de l’acide gibbérellique.

L’origine de ces nombreux micro- ARNs qui agissent dans la signalisation hormonale et dans les réponses à des situations de stress, comme la résistance à la sècheresse, semble se trouver dans des fragments mobiles d’ADN, appelés éléments de transposition. Fabio Nogueira est arrivé à cette conclusion en comparant les séquences d’ARN détectées dans son projet avec la banque de données produite par le groupe de la biologiste de l’Université de São Paulo (USP) Marie-Anne Van Sluys. D’après lui, les éléments de transposition associés aux petits ARNs favorisent l’accroissement de la diversité et le contrôle du fonctionnement du génome. La relation entre les deux entités génétiques ne s’arrête pas là. « Certains éléments de transposition sont régulés négativement par de petits ARNs, qui fonctionnent comme un tampon évitant les modifications de l’ADN», déclare Fabio Nogueira. Dans le cas de la canne à sucre, le fait d’éviter les modifications de l’ADN est important pour conserver les propriétés des variétés commerciales développées pour produire davantage de sucre ou pour être cultivées dans des zones peu pluvieuses.

«Avec ce projet, j’ai cherché à développer une connaissance de base, mais cette compréhension sera également essentielle pour la propagation et la productivité de la canne à sucre», déclare Fabio Nogueira. L’architecture de la plante est primordiale pour déterminer l’usage que l’on prétend en faire. Des tiges peu ramifiées sont meilleures pour produire du sucre, et des plantes possédant davantage de bourgeons latéraux et de feuilles fournissent la biomasse qui est la matière première destinée à fabriquer l’éthanol de deuxième génération. Connaître les acteurs génétiques à l’origine de ces caractéristiques permet de développer des marqueurs destinés à la sélection de pousses et peut contribuer à l’amélioration des variétés commerciales. L’importance de ce travail a été récompensée par la deuxième place du prix Top Éthanol en 2012 dans la catégorie travaux académiques pour le mémoire de master de Fausto Ortiz-Morea, et qui a été récemment publié. Un autre article de l’équipe de Fabio Nogueira, publié en 2010 dans la revue BMC Plant Biology, à également remporté la deuxième place dans ce même prix.

Le travail de Fabio Nogueira s’est concrétisé par la publication d’un catalogue de micro-ARNs actifs (micro transcriptomique) sur les gemmes axillaires de la canne à sucre, et qui a été mis à la disposition d’autres chercheurs. Il est en train de tester certains de ces ARNs sur des plantes utilisées comme modèles végétaux afin de vérifier leurs effets sur le métabolisme, en collaboration avec une équipe de l’École Supérieure d’Agriculture Luiz de Queiroz (Esalq), de l’USP.

Le chercheur est heureux d’être le premier à disséquer la régulation génique de l’architecture de la canne à sucre, mais ces recherches vont encore plus loin. Il n’y a jusqu’à présent aucune étude menée sur d’autres plantes en ce qui concerne l’activité des micro- ARNs sur les gemmes axillaires car ces structures sont très petites et difficiles à isoler. La canne à sucre, grâce à ses gemmes visibles à l’œil nu qui permettent de mesurer les concentrations hormonales et extraire l’ADN et l’ARN, a tout pour devenir un organisme modèle pour les études de l’architecture végétale.

Projet
Isolation et caractérisation de micro-ARNs et de leurs gènes cibles sur la canne à sucre (nº 2007/58289-5); Modalité Programme Jeune Chercheur; Coordination. Fabio Tebaldi Silveira Nogueira – IB/Unesp; Investissement 314 903,10 de reais (FAPESP).

Article Scientifique
ORTIZ-MOREA, F.A. et al. Global analysis of the sugarcane microtranscriptome reveals a unique composition of small RNAs associated with axillary bud outgrowth. Journal of Experimental Botany. v. 64, n. 8, p. 2.307-20. mai. 2013.

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