Détermination de gènes régulateurs maîtres du développement des racines coronaires pour l’ingénierie de la tolérance au déficit hydrique des céréales. – MASTEROOT

Il existe dans le monde une demande croissante pour des variétés de céréales capables de maintenir leur rendement malgré des ressources du sol limitées. En 2012 les principales entreprises de sélection ont mis sur le marché des lignées de maïs améliorées pour leur résistance à la sécheresse. Elles occupent déjà plus de 10% de la surface de maïs planté aux Etats-Unis en 2014. Ces variétés sont améliorées pour l'efficacité de l'utilisation de l'eau et des mécanismes d’osmoprotection. De nombreux traits contribuent à la tolérance à la sécheresse, mais aucun n’est efficace dans tous les contextes et certains peuvent être défavorables dans des conditions non limitantes en eau. L’amélioration de l’architecture de l’appareil racinaire, critère sous-exploité jusqu’à présent en sélection, suscite de plus en plus d’intérêt pour permettre de créer des variétés exploitant mieux les ressources du sol. L’appareil racinaire des céréales est majoritairement constitué de racines coronaires, dont le nombre est un élément important de l’adaptation de la plante à des carences en eau et/ou éléments minéraux. Des mutations dans le gène codant le facteur de transcription du riz CROWROOTLESS1 (CRL1) ou dans son orthologue ROOTLESS CONCERNING CROWN AND SEMINAL ROOTS (RTCS) chez le maïs conduisent à l’absence de racines coronaires. Pour identifier de nouveaux gènes régulateurs majeurs de la formation des racines coronaires, nous avons initié une approche de biologie des systèmes pour déterminer chez le riz le réseau de régulation de gènes (GRN) impliqué. L’inférence du GRN est basé sur des données de cinétique de transcriptome obtenues à l'aide d'un système permettant d’induire la formation des racines coronaires chez le riz (induction du gène CRL1, dans un fond mutant crl1, dépourvu de racines coronaires) et sur l'utilisation d'un algorithme d’inférence de GRN qui repose sur l'analyse sans a priori sur la fonction des gènes des décalages temporels de leurs profils d'expression. Ceci devrait permettre d'identifier de nouveaux gènes régulateurs de la formation des racines coronaires qui ont échappé aux études de génétique classique fréquemment limitées par la redondance fonctionnelle observée chez les céréales. Nous planifions avant le début du projet l’identification de 5 gènes régulateurs de riz. Leurs orthologues seront exprimés chez le maïs. Nous prévoyons ainsi obtenir les plants de maïs T0 au début du projet. Dans le cadre du présent projet les données des expériences de ChIP seq permettront de préciser les cibles directes du facteur de transcription CRL1. Ceci nous permettra d’affiner la modélisation du GRN. Sur cette base, 2 gènes régulateurs additionnels seront sélectionnés. La fonction de l'ensemble des gènes candidats (5 + 2) sera étudiée en les inactivant via CRISPR-Cas9 dans le riz ou en les exprimant de manière constitutive ou de manière inductible par la sécheresse dans le riz et le maïs. Les lignées obtenues seront phénotypées à l'aide de plates-formes dédiées disponibles dans notre consortium ou chez d'autres Institutions. L'utilisation des gènes les plus prometteurs pour modifier l'architecture du système racinaire et la tolérance à la sécheresse des plantes sera brevetée. Les lignées de maïs les plus prometteuses seront utilisées pour générer des hybrides qui seront testés en champ pour leur capacité à maintenir le rendement en condition de sécheresse. Pour atteindre cet objectif notre partenariat public-privé réunit l'équipe "Cereal root systems" de l'UMR DIADE (IRD-UM) qui a une forte expertise dans le développement racinaire et la biologie des systèmes avec l’équipe "Développement adaptatif du riz" de l'UMR AGAP (CIRAD) et l’entreprise Biogemma qui ont une solide expérience dans la transformation et la caractérisation phénotypique du riz et du maïs, respectivement.