La régulation à la baisse des principaux gènes responsables du métabolisme du carbone chez Medicago truncatula entraîne une accumulation accrue de lipides dans les tissus végétatifs

La luzerne (Medicago sativa L.), qui est la culture fourragère pérenne la plus répandue, est un proche parent de la légumineuse diploïde modèle Medicago truncatula. Cependant, l’utilisation de la luzerne entraîne d’importantes émissions de gaz à effet de serre et des pertes économiques dues à l’inefficacité de sa fermentation dans le rumen. L’apport de lipides supplémentaires a été utilisé comme stratégie pour atténuer ces problèmes, mais il s’agit d’une approche coûteuse. La capacité d’augmenter la teneur en lipides des tissus végétatifs de la luzerne serait donc très avantageuse. Ainsi, notre objectif était d’évaluer et de sélectionner des gènes candidats pour augmenter la teneur totale en lipides des pousses de M. truncatula en utilisant une approche de sliençage génique induit par un virus. Nous avons ciblé les homologues des gènes SUGAR-DEPENDANT 1 (SDP1), ADP-GLUCOSE-PYROPHOSPHORYLASE SMALL SUBUNIT 1 (APS1), TRIGALACTOSYLDIACYLGLYCEROL 5 (TGD5) et PEROXISOMAL ABC TRANSPORTER 1 (PXA1) chez M. truncatula pour le silençage. La diminution de la quantité de transcrits cibles a été confirmée et les changements dans la teneur en lipides des pousses et de leur composition en acides gras ont été mesurés dans des expériences faites en double. Nous avons observé que l’inactivation de chacun des gènes SDP1, APS1 et PXA1 a entraîné une augmentation significative de la teneur totale en lipides des pousses. Cela a aussi entraîné une augmentation significative des proportions d’acide α-linolénique (18:3Δ9cis,12cis,15cis) et d’acide stéarique (18:0) ainsi qu’une diminution significative des concentrations des lipides acyles totaux extraits des tissus végétatifs des plantes de M. truncatula chez lesquelles un des gènes susmentionnés avait été inactivé. En revanche, ce n’est que dans les plantes chez lesquelles les gènes SDP1 et PXA1 avaient été inactivés que les concentrations d’acide palmitique (16:0) ont diminué de manière significative.
Cette étude montre que les gènes SDP1, APS1 et PXA1 sont des cibles potentiellement utiles pour une approche de perte de fonction dans la sélection classique ou moléculaire des légumineuses fourragères pour produire des génotypes à teneur accrue en lipides dans les tissus végétatifs. L’augmentation de la teneur en lipides de ces légumineuses fourragères pourrait accroître leur valeur énergétique comme aliment pour les bovins et apporter un avantage environnemental par la production réduite de méthane. Une production accrue de 18:3 dans ces fourrages pourrait également fournir un aliment pour les bovins laitiers et les bovins de boucherie, ce qui permettrait d’obtenir respectivement du lait et de la viande de meilleure qualité. D’autres recherches seront nécessaires pour déterminer si l’augmentation de la production de lipides foliaires par la régulation à la baisse de ces gènes se fait au détriment de l’accumulation de protéines et/ou de glucides, ou si elle influe sur d’autres caractères agronomiques. À l’avenir, il serait également intéressant d’explorer les effets synergiques éventuels sur la biosynthèse des lipides en régulant à la baisse deux ou plusieurs combinaisons des quatre gènes cibles.
Les gènes PXA1 et SDP1 seraient des cibles idéales de mutation pour améliorer la qualité de la luzerne pour augmenter et son efficacité alimentaire de même que pour minimiser les émissions de gaz à effet de serre des élevages de bétail.