L’analyse de l’expression génique à l’échelle du génome fournit de nouvelles informations sur les réactions d’engorgement chez l’orge (Hordeum vulgare L.)

Citation

Borrego-Benjumea, A., Carter, A., Tucker, J.R., Yao, Z., Xu, W., Badea, A. (2020). Genome-wide analysis of gene expression provides new insights into waterlogging responses in Barley (Hordeum vulgare L.). Plants, [online] 9(2), http://dx.doi.org/10.3390/plants9020240

Résumé en langage clair

L’engorgement est un stress abiotique majeur qui touche de nombreuses cultures, dont l’orge, et qui entraîne d’importantes pertes de rendement. Nous avons cultivé en conditions contrôlées deux orges, une orge modérément tolérante à l’eau et une orge tolérante à l’eau, et nous l’avons exposée à l’engorgement au stade de la plantule (semis âgés d’environ deux semaines). Les racines ont été échantillonnées en vue d’analyses moléculaires plus poussées, comme le séquençage de l’ARN, une méthode puissante qui fournit de l’information sur la teneur en acide ribonucléique (l’ARN, une molécule essentielle qui possède différentes caractéristiques) dans un échantillon à un moment donné. Notre étude a révélé la présence de gènes et de voies de transmission communs qui réagissent à diverses conditions de stress abiotique dans différentes cultures, et nous avons découvert quelques nouveaux gènes et voies de transmission chez l’orge soumis à un engorgement hydrique. Les résultats nous permettent de mieux comprendre les mécanismes moléculaires qui sous-tendent la réaction à l’engorgement de l’orge. Ceux-ci seront utiles pour les études futures sur les réponses moléculaires à l’engorgement et aideront grandement la recherche génétique sur l’orge et la sélection d’orge présentant une tolérance intrinsèque à l’eau.

Résumé

© 2020 par Sa Majesté la Reine du chef du Canada, représentée par le ministre de l’Agriculture et de l’Agroalimentaire du Canada. L’engorgement est un stress abiotique majeur causant l’épuisement de l’oxygène et l’accumulation de dioxyde de carbone dans la rhizosphère. L’orge est plus sensible au stress d’engorgement que les autres céréales. À titre informatif, nous avons analysé les réponses d’expression génique à l’échelle du génome dans les racines de semis d’orge gorgés d’eau de Yerong et Deder2 par séquençage de l’ARN. Au total, 6736, 5482 et 4538 gènes différentiellement exprimés (GDE) ont été identifiés dans les racines gorgées d’eau de Yerong à 72 h et de Deder2 à 72 h et 120 h, respectivement, par rapport au témoin non gorgé d’eau. Les analyses d’enrichissement en ontologie génique (OG) ont montré que les changements les plus significatifs en termes d’OG, résultant de ces GDE observés dans des conditions d’engorgement hydrique, étaient liés au métabolisme primaire et secondaire, à la régulation et à l’activité des transporteurs d’oxygène. De plus, nous avons identifié plus de 297 facteurs de transcription, dont des membres des familles MYB, AP2/EREBP, NAC, WRKY, bHLH, bZIP et apparentés à la famille G2, sensibles à l’engorgement. Parmi les principaux facteurs qui pourraient contribuer à la tolérance à l'engorgement de Deder2, mentionnons les GDE les plus élevés, à savoir la biréfrinence des trichomes, les α/β-hydrolases, l’inhibiteur de la xylanase, l'écoulement MATE, la carboxypeptidase de sérine et la protéine sensible à l’auxine de type SAUR. L’étude fournit un aperçu des mécanismes moléculaires qui sous-tendent la réponse à l’engorgement de l’orge, ce qui sera utile pour les études futures sur les réponses moléculaires à l’engorgement et aidera grandement la recherche et l’amélioration génétiques sur l’orge.