Séquençage du génome du soja (Agronomie)

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Séquençage du génome du soja : de nouvelles perspectives pour l'industrie des biocarburants

Le soja constitue l'une des plus importantes plantes cultivées pour la qualité de ses protéines, sa teneur en huile, ainsi que pour sa capacité à fixer l'azote atmosphérique par l'intermédiaire d'une symbiose avec des bactéries aérobies du sol (Rhizobium). Elle présente également un intérêt grandissant pour l'industrie des biocarburants. Dans ce contexte, une équipe de chercheurs, vient de publier dans le journal Nature du 14 janvier la séquence du génome du soja et son analyse. Cette équipe regroupe 18 institutions, comprenant le U.S. Department of Energy Joint Genome Institute (DOE JGI), le U.S. Department of Agriculture-Agricultural Research Service (USDA-ARS), l'Université de Purdue, Indiana et l'Université de Caroline du nord à Charlotte. Ces recherches ont été financées par le United Soybean Board, la National Science Foundation, l'USDA et le DOE. Il est intéressant de noter que le soja est la première espèce de légumineuse dont une première version du génome séquencé a été publiée. Ainsi, cette nouvelle base de données génomique permettra aux scientifiques de mieux comprendre les mécanismes de régulation des gènes de cette plante et comment les utiliser pour améliorer ses caractéristiques.

Le génome du soja et ses 1,1 milliard de nucléotides comprend plus de 46.000 gènes, mais bon nombre d'entre eux -70 à 80%- sont des copies. Ceci constitue une difficulté pour cibler les gènes d'intérêt en vue d'une amélioration des caractéristiques du soja comme la taille de la graine, la teneur en huile ou le rendement. La plus grande partie du génome du soja est composée d'éléments transposables, ou ETs, ceux-ci sont ubiquitaires et renvoient souvent à des parties inutiles du génome. Cependant, il apparaîtrait qu'ils ne soient pas si inutiles qu'on le pensait. En effet, dans une étude publiée dans le journal The Plant Cell le 15 janvier dernier, une équipe regroupant des chercheurs de Purdue University, de la Georgia Institute of Technology, du Hudson Alpha Institute et de l'ARS, ont ici mis en évidence des caractéristiques inédites dans la génomique du soja. Des mécanismes de permutation "sites spécifiques" des ETs non autonomes par des ETs autonomes ont été mis en évidence permettant ainsi de restaurer, voire d'améliorer leur activité d'amplification.

L'analyse du génome a permis d'identifier 1110 gènes impliqués dans le métabolisme des lipides. Ce sont ces gènes et les voies métaboliques associées qui sont responsables de la teneur en huile du soja et qui représentent des cibles de choix pour améliorer le rendement de production et ainsi favoriser l'utilisation de l'huile de soja pour la production de biocarburants.

Bien que le biocarburant obtenu à partir d'huile de soja représente une alternative plus propre et renouvelable par rapport aux carburants fossiles, la plante ne produit tout simplement pas assez d'huile pour être un carburant compétitif. Les scientifiques attendent de la mise à disposition du génome du soja une solution clé à ce problème. En combinant l'informatique, la biochimie et la génétique ils pensent être en mesure de développer du soja qui aurait un contenu en huile beaucoup plus important (plus de 40% du contenu de la graine).

La mise à disposition de la séquence du génome du soja permettrait également d'accélérer les travaux des scientifiques sur de nombreuses autres caractéristiques génétiques. En premier lieu, des mutations pourraient être opérées en vue de sélectionner une lignée ayant des taux de stachyose inférieurs, ce qui améliorerait la capacité des animaux et des humains à digérer le soja. Cette séquence leur permettrait également de développer des mutants présentant une teneur réduite en phytate. Le phytate est la forme de stockage du phosphore par les plantes. Or, il n'est pas absorbé par les animaux et se retrouve donc en grande quantité dans le fumier. Ainsi, limiter la production de phytate par le soja pourrait réduire la quantité de ce contaminant dans l'environnement. Enfin, le génome du soja fournit également un accès à un gène de résistance à une maladie dévastatrice : l'Asian Soybean Rust (ASR) pouvant entraîner jusqu'à 80% de perte de rendement.

Selon un professeur d'agronomie de l'université de Purdue, lorsque le soja a été domestiqué, les plantes ont été sélectionnées selon la taille de leur graine et d'autres caractéristiques morphologiques, mais de nombreux autres gènes présentant un intérêt potentiel (teneur en protéine, résistance aux maladies, ...) ont été laissés de côté. Désormais la mise à disposition du génome du soja permettra de mieux comprendre les mécanismes génétiques et métaboliques ayant des retombées positives sur l'environnement, l'assimilation des nutriments et l'amélioration des rendements des cultures : meilleure résistance aux maladies et meilleur rendement en huile pour la production de biocarburants.

- Genome sequencing speeds ability to improve soybeans - Purdue News Service - 13/01/10 - http://redirectix.bulletins-electroniques.com/YMBlb
- Soybean genome analysis reveals pathways for improving biodiesel - Biology News Net - 13/01/10 - http://redirectix.bulletins-electroniques.com/U6wB3
- USDA scientists, cooperators sequence soy genome - USDA - 13/01/10 - http://redirectix.bulletins-electroniques.com/xkQv1
- Jianchang Du, Zhixi Tian, Nathan J. Bowen, Jeremy Schmutz, Randy C. Shoemaker, and Jianxin Ma. (2009) Bifurcation and Enhancement of Autonomous-Nonautonomous Retrotransposon Partnership through LTR Swapping in Soybean. Plant Cell Advance Online Publication Published on January 15, 2010; 10.1105/tpc.109.068775 - http://www.plantcell.org/cgi/content/abstract/tpc.109.068775v1