Profilage comparatif du transcriptome pour découvrir les principales voies de signalisation moléculaire et la plasticité adaptative à la sécheresse dans le système racinaire porté par les pousses de la canne à sucre

Aug 04, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 12853 (2023) Citer cet article

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Le système racinaire de la canne à sucre comprend des racines superficielles ainsi que des racines profondément pénétrantes (SBR), ces dernières étant le système racinaire permanent. Dans la canne à sucre, le SBR sain contribue à un meilleur rendement des cultures et aide également à produire plusieurs repousses après la récolte. Il existe un manque de connaissances approfondies sur l’architecture du système SBR et son rôle fonctionnel dans les hybrides commerciaux modernes. Un profilage phénotypique, anatomique et complet du transcriptome complet, réalisé entre les hybrides commerciaux de canne à sucre et un germoplasme sauvage Erianthus, a révélé un retard de développement dans l'initiation et l'établissement du SBR chez l'hybride commercial par rapport à Erianthus. Le système SBR d’Erianthus s’est avéré être une architecture de système racinaire étendue qui s’adapte à la sécheresse et qui contribue de manière significative à la tolérance à la sécheresse. D’un autre côté, les SBR des hybrides commerciaux ont montré un effondrement et des dommages irréversibles des cellules racinaires sous l’effet de la sécheresse. Les résultats de l'analyse comparative des données du transcriptome ont montré une régulation positive significative des gènes qui régulent d'importantes voies de signalisation du stress, à savoir le sucre, le calcium, la signalisation hormonale et la biosynthèse des phénylpropanoïdes dans les SBR d'Erianthus. Il a été constaté que grâce à ces voies de signalisation clés, les SBR d'Erianthus déclenchaient la cascade de signalisation en aval pour conférer des réponses physiologiques telles que l'osmoprotection, la modification des parois cellulaires, la détoxification des espèces réactives de l'oxygène, l'expression de facteurs de transcription sensibles à la sécheresse, le maintien de la stabilité cellulaire et des racines latérales. développement. La présente étude constitue une base pour une exploration plus approfondie du système Shoot Borne Root en tant que cible de sélection précieuse pour développer des génotypes de canne à sucre tolérants à la sécheresse.

À l’échelle mondiale, la fréquence des stress abiotiques tels que la sécheresse, la salinité, l’engorgement, les températures élevées et d’autres conditions météorologiques extrêmes augmente chaque année1. La canne à sucre est l’une des cultures commerciales les plus importantes sur le plan économique et constitue une source majeure de sucre dans le monde. Cependant, la sécheresse apparaît comme un problème majeur affectant la productivité et la production de canne à sucre dans le monde entier. L'Inde, avec une superficie de 5,1 millions d'hectares, est l'un des principaux pays producteurs de canne à sucre. À l’heure actuelle, environ 0,29 million d’hectares de terres cultivées en canne à sucre en Inde seraient sujets à la sécheresse2,3,4,5,6. Le stress dû à la sécheresse, particulièrement au stade de formation de la culture, inhibe plus de 50 % de son rendement7,8. L’utilisation de variétés tolérantes et mieux adaptatives contribuera à atteindre une productivité durable dans des conditions de stress dû à la sécheresse8.

Afin de développer des cultures tolérantes à la sécheresse ou adaptatives, les plantes présentant une meilleure architecture de système racinaire ont été largement ciblées dans les programmes de sélection9. Les racines sont les premiers organes du corps végétal à détecter le stress dû à la sécheresse et à déclencher la cascade de signaux de stress. La cascade de signalisation provoque des changements métaboliques et moléculaires dans la plante afin de s'adapter à des conditions environnementales extrêmes10,11. Des études approfondies ont été menées auparavant pour élucider les voies de signalisation moléculaire des racines et leurs mécanismes de régulation afin que les stratégies des racines visant à maintenir leurs fonctions dans des conditions de disponibilité en eau limitée puissent être mieux comprises10,11,12,13.

Le système racinaire de la canne à sucre est de nature très divergente car il forme différents types de systèmes racinaires au cours des différentes phases de son développement14. La racine primaire, c'est-à-dire les racines des plantules, est formée à partir des yeux des racines des plantules végétatives, pendant la germination des bourgeons. Il favorise le développement des plantules et finit par se dégrader dans les 60 à 90 jours suivant la germination. Après 5 à 7 jours de plantation en sett, des racines portées par les pousses (SBR) plus épaisses et permanentes émergent des nœuds des pousses consécutifs. Ce système racinaire est unique aux monocotylédones et forme le système racinaire permanent de la canne à sucre en contribuant à la condition physique des adultes et au rendement final de la culture14,15.