Exploiter la diversité génétique du maïs : de l’intérêt de la composition métabolique des feuilles durant le remplissage des grains

Communiquédepresse–12juin2017
Exploiterladiversitégénétiquedumaïs:del’intérêtdelacomposition
métaboliquedesfeuillesdurantleremplissagedesgrains
Largementcultivéedeparlemonde,lemaïsestunecéréalepossédantdenombreuxatouts
agronomiques,parmilesquelsunefortecapacitédeproduction.Examinantl’existenced’unlien
potentielentrelaphysiologiedesfeuillesetlaproductiondegrains,deschercheursdel’Inra,du
CNRS,desuniversitésd’AngersetParis‐Sud,ontmisenévidencequedifférentsmarqueursdu
métabolismefoliairereflètentladiversitégénétiquedumaïs.Cestravauxouvrentlavoieàune
sélectiondevariétésàfortrendementengrains.Ilsviennentd’êtrepubliésdanslarevue
PlantCell.
Premièrecéréalecultivéedanslemonde,lemaïs,ZeamaysL.,représenteplusde40%dela
productioncéréalièremondiale,soitunmilliondetonnesen2015‐2016dévoluesàl’alimentation
animaleethumaineetplusrécemmentauxmarchésnonalimentairescommeceluides
biocarburants.Originaired’AmériqueduSudoùelleaétédomestiquéeilyaplusde7000ans,cette
planteaétéintroduiteparlasuiteenEuropeoùsonadaptationauxconditionsclimatiques
tempéréesapermisd’étendresacultureàdenombreusesrégions.
C’estdoncunchallengeàlafoisagronomiqueetscientifiquequiaconduitleschercheursà
s’intéresserauxfacteursclésimpliquésdansdesprocessusbiologiquescomplexescomme
l’élaborationdurendementetlaproductiondebiomassechezlemaïs.
Ilsontcomparélesprofilsmétaboliquesetlesactivitésenzymatiquesdesfeuillesde19lignéesde
maïsgénétiquementéloignéesprovenantd'Europeetd'Amérique,danslebutdedéterminers’il
existeunlienentrelavariabilitégénétiquedelaplanteetlaphysiologiedesesfeuilles.
Profilsmétaboliquesetactivitésenzymatiquesvarientselonlestadededéveloppementetles
caractéristiquesgénétiquesdelaplante
Lesscientifiquesontainsimisenévidencequelesprofilsmétaboliquesdesfeuillesdemaïsvarient
defaçonconsidérableselonlestadededéveloppementdelaplanteetselonsadiversitégénétique,
engrandepartieliéeàsonoriginegéographique.
Ilsontainsiidentifiéquelques155métabolites,principalementdesglucides(57%)parmilesquelsle
saccharose,desacidesorganiques(32%)surtoutreprésentésparl’aconitateetdesacidesaminés
(9%),notammentl’alanine,auxquelss’ajoutentdesmoléculesdiverses‐lipides,vitamines,
métabolitessecondairesetd’autrescomposésencorenonidentifiés.
Lanaturedecertainsdecesmétabolitesdiffèreselonlalignéeétudiée.Leursquantitésrelatives
varientdemanièretrèsimportanteentrelaphasededéveloppementvégétatifetcelle
correspondantauremplissagedesgrains,reflétantlepassaged’unefeuillequiaccumulel’azoteetle
carbonenécessairesàlacroissancedelaplante,àunefeuillequiexportelesmétabolitescarbonéset
azotésverslegrainenformation.

Leschercheursontégalementmontréquelesactivitésdenombreusesenzymesimpliquéesdansle
métabolismedel’azoteetducarboneoudanslaphotosynthèsedetypeC4
1,varientselonlestadede
développementetlalignéedelaplante.Commepourlesmétabolites,cesvariationsillustrentla
transitionquis’opèreauseindesfeuilles,entrel’assimilationducarboneetdel’azotedurantle
stadededéveloppementvégétatifetlaremobilisationdesressourceslorsduremplissagedesgrains.
Compositionmétaboliquedesfeuillesetdiversitégénétique
Explorantlelienentrephysiologieetdiversitégénétiquedeslignées,leschercheursontmisen
évidenceque,pendantlaphasederemplissagedugrain,lacompositionmétaboliquedesfeuilles
sembleêtreunmarqueurfiable,quipermetdeproposeruneclassificationdecesmêmelignéesen
fonctiondeleurscaractéristiquesgénétiques.
Aucoursdelamêmepériode,ilsontobservéunecorrélationsignificativeentreladistancegénétique
deslignéesetlesactivitésdesenzymesimpliquéesdanslemétabolismeducarbone,notammentla
glycolyse.Bienquedegrandesdifférencesaientétéobservéesenmatièredefluxmétaboliquesau
seindesfeuilles,cesdifférencesnesontcependantpasliéesàlavariabilitégénétiquedeslignées.
Versunevariétédemaïsàfortpotentielderendement
Desétudesdecorrélationetdesanalysesderéseauxmétaboliquesontpermisauxscientifiquesde
proposerunevariétédemaïsadaptéeàunenvironnementdonné–onparled’idéotype‐possédant
unfortpotentielderendementengrain.Celui‐cisecaractériseparunefaibleaccumulationd'acides
aminéslibresetdeglucidesdanslesfeuillesetparuneactivitéplusélevéedesenzymesimpliquées
danslaphotosynthèsedetypeC4etdanslabiosynthèsedesacidesaminésdérivésduglutamate.
Alafaveurdel’identificationconjointedesmécanismesphysiologiquesquisous‐tendentlavariabilité
génétiquedeplantesd’intérêtagronomiqueetdeleurrégulation,uncertainnombredemarqueurs
métaboliquesetd’activitésenzymatiquespeuventdoncêtrepotentiellementutilisésàdesfinsde
sélectionvégétale.
Référence
ExploitingtheGeneticDiversityofMaizeusingaCombinedMetabolomic,EnzymeActivityProfiling,
andMetabolicModellingApproachtoLinkLeafPhysiologytoKernelYield
RafaelACañas,ZhaziraYesbergenova‐Cuny,MargaretSimons,FabienChardon,PatrickArmengaud,
IsabelleQuilleré,CarolineCukier,YvesGibon,AnisM.Limami,StéphaneDNicolas,LénaïgBrulé,
PeterJ.Lea,CostasD.MaranasandBertrandHirel.
AdvancePublicationApril10,2017,doi:http://dx.doi.org/10.1105/tpc.16.00613ThePlantCellApril
10,2017tpc.00613.2016
1La photosynthèse transforme l’énergie solaire en sucres à partir du gaz carbonique et de l’eau. Il y a trois mécanismes connus de
fixation du CO2 au cours de ce processus, C3, C4 et CAM, qui diffèrent par le nombre d’atomes de carbone de la molécule organique
formée lors de la fixation du CO2.

Contactscientifique
BertrandHirel,directeurderechercheCNRS:[email protected]‐Tel0130833089
InstitutJean‐PierreBourgin(Inra,AgroParisTech,ELRCNRS)
DépartementscientifiqueBiologieetaméliorationdesplantes
CentreInraIle‐de‐France‐Versailles‐Grignon
Contactpresse:
Inraservicedepresse:[email protected]–T.0142759186