Dans le cadre du projet ANR MasteRoot, une équipe de recherche, en partenariat avec l’UMR DIADE, tente d’identifier les gènes régulateurs contrôlant la formation des racines dans les céréales. Grâce à une approche de biologie systémique, deux études consécutives, publiées dans The Plant Journal et PLoS ONE, ont permis d’aboutir à un atlas des gènes exprimés dans les racines coronaires du riz.

Aliment de base pour plus de la moitié de l’humanité, le riz est aussi une plante modèle pour la Science. C’est d’ailleurs la deuxième plante dont le génome à avoir été séquencée, après Arabidopsis thaliana. Bien comprendre le développement de ses racines est donc impératif dans le contexte de changement climatique.

Parcelles de riz irriguées,Vietnam

© IRD - Jean-Luc Maeght

Un algorithme pour révéler le réseau de régulation de gènes impliqués

Sur la base du génome séquencé, l’équipe du professeur Pascal Gantet de l'UMR DIADE, s’est intéressée aux gènes responsables du développement des racines coronaires chez le riz. « Afin de détecter les gènes précoces impliqués dans ce processus et d’établir entre eux des liens de régulation, nous avons utilisé un système inductible?Le système inductible de la formation des racines coronaires a été conçu en exprimant - sous le contrôle d'un promoteur inductible par la dexamethasone - le gène CROWN ROOT LESS 1 (CRL1) dans le fond mutant crl1 mutant incapable de produire des racines coronaires. pour former des racines chez une plante mutante qui n’en fabriquait plus », explique-t-il. Des transcriptomes, c’est-à-dire les ARN issus de la transcription du génome, ont pu ainsi être réalisés à différents moments de la pousse des racines. Ces données ont ensuite été utilisées par l’algorithme TDCor. Ce dernier, développé quelques années plus tôt par la même équipe en collaboration avec l'Université de Nottingham, en particulier par Mikael Lucas, chercheur biomathématicien à l'IRD, est basé sur la recherche de similarités et de décalage des profils d’expression des gènes. Il permet ainsi d’identifier les gènes impliqués dans la différenciation des racines mais aussi de déduire les liens de régulations existant entre ces gènes et d'établir le réseau de régulation des gènes en question. « Grâce à une analyse topologique, on peut identifier les nœuds majeurs de ce réseau, et donc identifier les gènes les plus importants », indique le professeur.

Identification des gènes exprimés dans les racines par capture laser

© Lavarenne et al., 2020

Vérification expérimentale de l’expression génique

Les données ont révélé trois phases différentes d'expression du génome au cours des premières étapes de la formation de racines coronaires (stades précoce, intermédiaire et tardif) et un réseau de régulation génique a été prédit par l’algorithme. Pour bien identifier les gènes exprimés dans les racines, les scientifiques ont utilisé la microdissection par capture laser (LCM), permettant d’isoler des cellules spécifiques. Les méristèmes racinaires –  zone de croissance des racines – ont été découpés aux trois stades de développement. Les ARN en ont été extraits puis séquencés. La comparaison avec les ARN présents dans la tige du riz permet d’identifier les gènes actifs dans les racines et donc impliqués dans leur formation.

Partenaire privé pour la réalisation de l'atlas des gènes des racines du riz

© Wikimedia commons

Un atlas des gènes exprimés dans les racines coronaires

Au total, 3975 gènes ont été identifiés. Avec 30% exprimés aux trois stades de développement, et 10,5%, 19,5% et 12,8% spécifiquement exprimés respectivement aux stades précoce, intermédiaire et tardif. Ce catalogue a été développé dans le cadre d’un projet ANR avec Limagrain comme partenaire privé. Il s’agit d’une nouvelle ressource pour les chercheurs, privés comme publics. C’est une source de données primaires pour des études futures. Plusieurs applications potentielles sont envisageables, comme par exemple augmenter la résilience des plantes au changement climatique en jouant sur l’architecture racinaire pour leur conférer une meilleure tolérance à la sécheresse.


Publication :

Lavarenne J, Gonin M, Champion A, Javelle M, Adam H, Rouster J, et al. 2020. Transcriptome profiling of laser-captured crown root primordia reveals new pathways activated during early stages of crown root formation in rice. PLoS ONE https://doi.org/10.1371/journal.pone.0238736

 

Aller plus loin :

  • Lavarenne, J., Gonin, M., Guyomarc'h, S., Rouster, J., Champion, A., Sallaud, C., ... & Lucas, M. 2019. Inference of the gene regulatory network acting downstream of CROWN ROOTLESS 1 in rice reveals a regulatory cascade linking genes involved in auxin signaling, crown root initiation, and root meristem specification and maintenance. The Plant Journal 
    https://doi.org/10.1111/tpj.14487
  • Exposition Des plantes et des Hommes

Contact science : Pascal Gantet, IRD, UMR DIADE pascal.gantet@ird.fr


Contacts communication : Léna Hespel, Fabienne Doumenge, Julie Sansoulet communictaion.occitanie@ird.fr