Génomique et biotechnologie pour l’amélioration de l’utilisation de l’azote et de l’eau

Georges Pelletier

doi:10.1051/ocl.2008.0217

Abstract

Water and nitrogen are essential factors for crop productivity and their availability for agriculture could be reduced because of foreseen demographic, economic and climatic evolutions. Plant breeding has the potential to increase crops’ nitrogen and water use efficiency in order to reduce their needs. Molecular markers linked to favourable genes derived from plant genomics programs can be used to combine them into cultivars through marker-assisted selection. The knowledge of the function of the genes makes the modification of their regulation possible through genetic engineering and theirintroduction by transgenesis in the plant genome in order to alleviate the effect of various stress. In this domain basic research on the molecular mechanisms involved and crop improvement efforts are progressing together. Some examples are presented illustrating strategies and outcomes for better use of water and nitrogen in model species (tobacco, Arabidopsis...) as well as in crops (rice, maize, rapeseed...).

Highlights

En fait, près de 50 % des sols cultivés dans le monde ont une faible disponibilité en eau et seulement 15 % n’exercent pas de contraintes physico-chimiques particulières sur les plantes [1]
Cette connaissance est utilisée soit en sélection de type conventionnel perfectionnée par la possibilité de suivre les régions d’intérêt du génome à l’aide de marqueurs moléculaires, soit pour modifier par génie génétique certains gènes qui sont ensuite introduits par transgénèse
En particulier dans leur régulation, sont produits par génie génétique et introduits par transgénèse, pour mesurer ensuite leur effet vis-à-vis de divers stress

Summary

Les plantes face au déficit hydrique

On distingue classiquement trois façons pour les plantes de se protéger contre le déficit hydrique. Elles ont développé un certain nombre de mécanismes qui leur permettent de retarder, voire de supporter la déshydratation de leurs tissus et à l’extrême, survivre à l’état déshydraté en accumulant certains métabolites solubles comme le tréhalose, dans le cas de la plante de la résurrection (Selaginella lepidophylla) ou d’autres espèces des régions désertiques [13]. Parmi ces signaux l’acide abscissique est une hormone qui provoque la fermeture des stomates ce qui a pour conséquence une réduction de la perte d’eau par la transpiration mais aussi un accès réduit du gaz carbonique aux cellules photosynthétiques. Par contre la croissance racinaire est privilégiée pour permettre éventuellement une exploration de niveaux inférieurs du sol où le potentiel hydrique est plus fort. L’étude de ces comportements et de ces mécanismes de défense peut inspirer les stratégies d’amélioration génétique par la voie biotechnologique

Biotechnologie végétale et déficit hydrique

La sélection assistée par marqueurs

Le génie génétique et la transgénèse

Conclusion