Synthèse modifiée des glycoalcaloïdes stéroïdiens induite par mutagenèse au MSE chez les pommes de terre diploïdes
Citation
Crop Breed Genet Genom. 2020;2(4):e200017. https://doi.org/10.20900/cbgg20200017
Résumé en langage clair
Les pommes de terre renferment des composés toxiques nommés glycoalcaloïdes stéroïdiens (GAS) si ce caractère n’est pas éliminé correctement dans le cadre de la sélection des cultivars. Les produits de pomme de terre qui renferment plus de 100 mg GAS/100 g en poids sec peuvent être toxiques pour l’humain. Les pommes de terre sauvages présentent généralement des teneurs en GAS plus élevées que les pommes de terre cultivées, mais elles renferment des caractères génétiques cachés utiles dans le cadre des activités d’amélioration de la pomme de terre. Dans le cadre de la présente étude, nous avons formulé l’hypothèse qu’une mutagenèse aléatoire peut réduire la production de GAS chez les pommes de terre sauvages, qui peuvent ainsi être utilisées comme matériel pour les activités préalables à l’amélioration. Nous avons utilisé 1 750 clones de pomme de terre mutants comme matériel de départ, issus du traitement de graines de pomme de terre sauvages au moyen d’un agent mutagène chimique. Nous avons réalisé des analyses génétiques et chimiques et avons identifié 9 gènes mutés associés aux voies de synthèse du GAS, puis avons déterminé la fréquence et la nature des mutations chez 246 lignées, dont 14 % présentaient des teneurs en GAS inférieurs à celles des types sauvages et des variétés commerciales témoins. Enfin, nous avons comparé l’expression génique du génome entier d’un mutant à faible teneur en GAS à celle d’un type sauvage à teneur élevée en GAS et avons observé des profils d’expression contrastants quant aux voies de synthèse du GAS. La présente étude est la première à produire et à caractériser une importante collection de mutants diploïdes et à montrer qu’il est possible de modifier la production de GAS, ouvrant ainsi la voie à des analyses fonctionnelles plus poussées visant d’autres caractères agronomiques ainsi qu’à la mise au point de cultivars de pomme de terre diploïdes mutants.
Résumé
Les glycoalcaloïdes stéroïdiens (GAS) peuvent être toxiques pour l’humain à une concentration de plus de 100 mg/100 g en poids sec de tubercules de pomme de terre. La présente étude visait à caractériser, sur les plans phénotypique et génotypique, un sous-ensemble de 1 750 clones de pomme de terre diploïdes ayant subi une mutagenèse au méthanesulfonate d’éthyle (MSE) et pour lesquels une production modifiée de GAS avait déjà été signalée. Nous présentons ici une analyse de divers profils de GAS chez 246 lignées mutées au MSE, dont 14 % présentaient des teneurs en GAS inférieures à celles des types sauvages et des variétés commerciales. Nous avons séquencé l’ensemble de gènes AmpliSeq de 9 gènes clés de biosynthèse des GAS provenant de 87 lignées traitées au MSE qui présentaient des profils de GAS variés et avons observé 61 mutations SNP fonctionnelles uniques chez 56 lignées traitées au MSE. La fréquence de mutation des gènes ciblés allait de 1/16 kb (SGT2) à 1/341 kb (GAME7), pour une moyenne de 1/47 kb. Des mutations ont notamment été détectées au niveau des gènes GAME7, GAME6, GAME11, GAME4CH6, GAME4CH12 et SGT3 chez les lignées traitées au MSE à faible teneur en GAS, ces gènes étant jugés essentiels pour l’hydroxylation des aglycones stéroïdiens, l’oxydation et la glycosylation de la solanidine. Nous avons ensuite réalisé une analyse comparative du transcriptome d’une lignée mutante à faible teneur en GAS et d’une lignée de type sauvage à teneur élevée en GAS et avons constaté une régulation à la baisse considérable de l’expression des UDP glycosyltransférases et du cytochrome P450s chez la lignée mutée au MSE à faible teneur en GAS. La présente étude est la première à montrer que la mutagenèse au MSE permet une modification de la production de GAS dans les tubercules des pommes de terre diploïdes et elle ouvre ainsi la voie à des analyses fonctionnelles plus poussées de cette population mutante ainsi qu’à la mise au point de cultivars de pomme de terre diploïdes mutants.