REGULEG — Identification des régulateurs participant à la plasticité d'adaptation des graines de légumineuses aux changements environnementaux

Les graines sont la base de l’alimentation humaine et animale. Le contrôle de leur qualité est donc essentiel pour assurer la sécurité alimentaire. De plus, l’augmentation de la consommation mondiale en produits carnés de ces dernières années exige des besoins croissants en protéines végétales. Les légumineuses à graine, riches en protéines et ayant la capacité de fixer via des symbioses l’azote atmosphérique s’imposent donc comme une culture de choix pour répondre aux enjeux de la sécurité alimentaire et de l’agriculture durable. En dépit des efforts consentis pour stimuler la production des légumineuses à graines comme le pois protéagineux, l’Europe reste très dépendante des importations en protéines végétales, notamment issues du soja sud-américain. En effet, l’adoption des légumineuses par les agriculteurs français et européens demeure fortement entravée par l'instabilité des rendements grainiers et de la teneur en protéines des graines due aux fluctuations de l'environnement, en particulier la sécheresse et la chaleur. Dès lors, la création de variétés présentant des rendements et composition protéiques stables est nécessaire. Un levier supplémentaire permettant de stabiliser, voire augmenter les rendements est la production de semences vigoureuses à haute qualité germinative. Les caractéristiques recherchées à cet effet sont une bonne aptitude à la conservation à l’état sec et un taux élevé de germination et de levée des plantules, même en conditions défavorables. La vigueur germinative est sous le contrôle d’interactions génotype x environnement parental (GxE) qui restent à élucider, ce qui complique la production de semences très vigoureuses de manière constante. L’atténuation des effets du changement climatique sur les qualités nutritionnelle et germinative des légumineuses représente donc un enjeu important pour l’industrie semencière. La plasticité phénotypique est la capacité d’un génotype à produire des phénotypes distincts dans différents environnements. Elle est bien étudiée en relation avec l’adaptation aux stress (a)biotiques et à la nutrition dans les tissus végétatifs. La prise en compte de cette plasticité est de plus en plus considérée comme jouant un rôle important dans l’amélioration des cultures. Cependant, chez les graines, nous sommes remarquablement ignorants des facteurs moléculaires responsables des effets dramatiques que l'environnement parental peut avoir sur les qualités nutritionnelle et germinative. L'objectif de ce projet est donc d'identifier les gènes régulant la plasticité phénotypique liée à la composition des graines et à leur qualité germinative. Afin de détecter les loci expliquant la plasticité phénotypique des graines, les interactions GXE seront caractérisées par étude d’association pan-génomique (GWAS) en exploitant les connaissances et données génomiques caractérisant la variabilité naturelle chez la légumineuse modèle Medicago truncatula. Un réseau de régulation multi-niveaux sera généré afin de décrire les processus moléculaires qui, sous l’influence de l’environnement, modulent le remplissage des graines et l’acquisition des différentes caractéristiques de la qualité germinative. Les loci significatifs par GWAS seront intégrés dans le réseau afin d’inférer les gènes régulateurs de la plasticité des graines. En exploitant la synténie entre M. truncatula et les légumineuses à graines cultivées, principalement le pois, la transférabilité des gènes ainsi découverts sera testée. Ce projet permettra de mieux comprendre les mécanismes régulant la plasticité des qualités nutritionnelle et germinative des graines, offrant ainsi des nouvelles pistes de recherche et d’applications technologiques vis à vis de la filière protéagineux.