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Establishing a new generation of horticulturists: Multidisciplinary approach for breeding innovative novelties using classical and biotechnological methods

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Des techniques de sélection biotechnologiques augmentent la modification de la couleur des plantes ornementales

En utilisant à la fois des techniques biotechnologiques classiques et de pointe, FLOWERPOWER a exploité des pigments à base de flavonoïdes pour mieux contrôler la coloration des plantes ornementales, ce qui a inspiré la prochaine génération d’horticulteurs.

Société

Les flavonoïdes sont des composés organiques des plantes qui remplissent un certain nombre de fonctions physiologiques importantes liées à la survie et à la reproduction. Il s’agit des pigments végétaux les plus importants pour la production des couleurs destinées à attirer les pollinisateurs. La couleur des plantes est également importante pour les horticulteurs, car elle influence la décision d’achat des consommateurs. Les couleurs vives sont essentielles pour les plantes ornementales, tandis que la couleur rouge de la peau et de la chair des cultures fruitières est de plus en plus considérée comme un indicateur de propriétés bénéfiques pour la santé. Le projet FLOWERPOWER, soutenu par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie, vise à mieux comprendre les flavonoïdes et le rôle qu’ils jouent dans la pigmentation afin d’élargir les possibilités de sélection de variétés plus colorées. Inspirée par la récente découverte de nouveaux flavonoïdes chez le poinsettia, la recherche a adopté des techniques de sélection fondées sur la génétique, la biochimie végétale, la biologie moléculaire végétale, l’analyse et la bio-informatique. «Combler d’importantes lacunes dans les connaissances sur la biosynthèse des flavonoïdes pourrait contribuer aux futures approches biotechnologiques de la sélection végétale», déclare Heidi Halbwirth, coordinatrice de FLOWERPOWER à l’Université technique de Vienne (TU Wien), en Autriche. Le projet a donné lieu à une demande de brevet qui a été acceptée et à deux prototypes de plantes dotées d’une activité enzymatique et/ou d’une coloration nouvelles. Les résultats ont également donné lieu à huit articles dans des revues scientifiques à comité de lecture, et 165 transcriptomes ont été rendus publics à des fins de recherche.

La voie des flavonoïdes

Pour l’équipe de FLOWERPOWER, l’existence de feuilles de poinsettia blanches, appelées bractées, était scientifiquement déroutante. «Le fait que leur existence ne puisse pas être expliquée simplement par l’absence d’un des gènes de structure révélait un problème scientifique général. La compréhension de ce problème pourrait aider les obtenteurs à accélérer le processus de sélection», ajoute Heidi Halbwirth. Pour étudier la voie des flavonoïdes dans la formation des pigments du poinsettia, les profils chimiques des bractées rouges et blanches du poinsettia ont été analysés en détail à l’aide de diverses méthodes analytiques. Ces méthodes comprenaient la chromatographie en phase liquide à haute performance; la métabolomique basée sur la résonance magnétique nucléaire du proton; et la chromatographie en phase liquide - spectrométrie de masse. Des gènes sélectionnés ont été isolés à partir de 38 échantillons de poinsettias et les instructions biochimiques pour la rare coloration rouge-orange ont été déchiffrées à l’aide de l’analyse du séquençage de l’ARN. Les instructions pour les différentes colorations ont été révélées, en caractérisant la manière dont les voies impliquées dans la transition des feuilles vertes vers ces bractées colorées étaient régulées. «Cela nous a permis d’enfin expliquer le “paradoxe du poinsettia blanc” — comment des variétés blanches peuvent-elles exister alors que l’expression des gènes et toute l’activité enzymatique impliquées dans la formation des pigments rouges suggèrent que la coloration des bractées rouges qui en résulte doit être prédéterminée», explique Heidi Halbwirth.

Pour une nouvelle espèce d’obtenteurs

En utilisant l’outil d’édition du génome CRISPR/Cas9, l’équipe a créé les premiers poinsettias au génome modifié de couleur orange, plutôt rare et de plus en plus populaire. Ces prototypes orange-rouge seront utilisés dans des programmes de sélection ultérieurs. Ils ont également adopté une approche transgénique pour développer des techniques de sélection de poinsettias bleus, populaires auprès des obtenteurs commerciaux. En outre, de nouvelles approches de sélection ont permis d’identifier un nouveau gène impliqué dans la formation des flavonols jaunes, révélant la pertinence des gènes dans la formation des pigments responsables de la coloration jaune. «Nos approches biotechnologiques de la recherche en sélection végétale favoriseront une innovation qui offre des alternatives intéressantes au-delà des traditionnelles vaches à lait, ce qui profitera aux consommateurs et à l’horticulture en général», note Heidi Halbwirth.

Mots‑clés

FLOWERPOWER, espèce, horticulture, feuilles, poinsettias, biotechnologie, gènes, coloration, pigments, flavonoïdes, plantes, CRISPR/Cas9

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