Extraction de données sur l’expression de gènes sensibles à la teneur en azote pour l’évaluation des relations source-puits et de l’état azoté des pommes de terre

Citation

Parenteau, M.T., Gu, H., Zebarth, B.J., Cambouris, A.N., Lafond, J., Nelson, A., Nyiraneza, J., Davidson, C., Lagüe, M., Galvez, J.H., Strömvik, M.V., Tai, H.H. (2020). Data mining nitrogen-responsive gene expression for source-sink relations and indicators of n status in potato, 10(10 October), http://dx.doi.org/10.3390/agronomy10101617

Résumé en langage clair

Les pommes de terre dépendent de la fertilisation azotée pour atteindre des rendements rentables. Toutefois, l’application de quantités excessives d’engrais est une cause de pollution de l’environnement. Une stratégie pour réduire la surutilisation des engrais consiste à appliquer ceux-ci uniquement lorsque les plantes en ont besoin. L’engrais est ainsi prélevé par les plantes plutôt que de rester dans le sol et de ruisseler vers les eaux souterraines. La question est donc de déterminer le moment où les plantes ont besoin d’engrais azoté. Dans le cadre de la présente étude, nous avons évalué l’utilisation de l’expression génique pour faire le suivi des besoins en engrais des plantes de pomme de terre, ou l’état azoté de celles-ci. L’expression génique correspond à l’activation d’un gène. Nous avons identifié les gènes qui s’activaient dans les feuilles en réaction à l’application d’engrais azoté. Ces gènes ont ensuite été associés au rendement. À partir de cette étude, un ensemble de gènes dont l’expression prédisait le rendement a été cerné. Les fonctions biologiques de ces gènes activés dans les feuilles offrent des renseignements sur le rôle de la tubérisation et de la synthèse des acides aminés sur le rendement en tubercules. De plus, ces gènes pourraient être utilisés pour le suivi de l’état azoté des plantes cultivées.

Résumé

© Les auteurs, 2020. Le rendement en tubercules de pomme de terre dépend de l’apport en azote (N), qui a une incidence sur les relations source-puits. À partir d’une seule étude au champ, le transcriptome de la source foliaire a été séquencé et a permis de repérer une expression génique répondant à une concentration de 180 kg N ha-1. L’expression des gènes sensibles à la teneur en azote a été analysée plus en détail à l’étape suivante, au moyen de la plateforme NanoString nCounter et d’un nombre accru d’échantillons foliaires provenant de sept études au champ comprenant des concentrations de N, des sites et des cultivars divers. Nous avons construit des modèles de régression LASSO (Least absolute shrinkage and selection operator) de l’expression génique prédictifs du rendement, du prélèvement total de N par les plantes et de la densité des tubercules (indicateur de la teneur en matière sèche). Les gènes liés au rendement dans les modèles LASSO ont été associés à la répartition source-puits. Un gène clé de la tubérisation et de la sénescence (StSP6A Flowering locus T) permettait de prédire le rendement en tubercules dans le modèle LASSO, mais ce n’était pas le cas dans les autres modèles. Une aminotransférase jouant un rôle dans l’absorption du N associée à la photorespiration et dans la synthèse des acides aminés a été trouvée dans tous les modèles LASSO. D’autres gènes participant à la synthèse des acides aminés et au métabolisme du soufre (S) et du N ont également été repérés dans les modèles de prédiction du rendement. La présente étude offre un aperçu des réactions au N dans le feuillage des pommes de terre qui ont une incidence sur la répartition source-puits. De plus, les gènes sensibles à la teneur en azote prédictifs du rendement pourraient constituer des indicateurs de l’état azoté.