Amélioration du rendement en biomasse végétative et de la digestibilité de la luzerne pour accroître la production animale

Contexte

La luzerne est la culture fourragère vivace la plus répandue au Canada, avec une superficie cultivée mondiale estimée à environ 3,8 millions d’hectares. L’amélioration du rendement en biomasse de la luzerne a toujours été l’un des principaux objectifs des programmes de sélection de cette plante, mais les progrès réalisés dans ce domaine ces dernières années ont été plutôt limités.

Objectifs

• Déterminer comment la réduction de l’expression de plusieurs gènes candidats améliore la productivité végétative et la digestibilité de la luzerne.

Ce qu’ils ont fait

Les chercheurs ont réduit l’expression ou perturbé le fonctionnement de deux gènes (MsFTb1 et MsSOC1a) de la luzerne qui sont connus pour favoriser la floraison chez d’autres espèces végétales. Cette intervention permettrait aux plantes de rester productives plus longtemps et, par conséquent, d’accroître la biomasse totale produite et, potentiellement, leur digestibilité. Ils ont également étudié un gène potentiellement impliqué dans la synthèse de la pectine (MsGAUT4a). Des travaux antérieurs avaient montré que la réduction de l’expression de ce gène modifiait la composition et la réticulation de la pectine dans les parois cellulaires végétales et améliorait l’extractibilité des sucres de la paroi cellulaire chez d’autres espèces végétales. Les plantes de luzerne présentant une réduction de l’expression de MsSOC1a et de MsGAUT4a ont été évaluées afin de déterminer les changements au niveau des caractéristiques de croissance, du métabolisme, de la dégradabilité et, dans le cas des plantes présentant une réduction de l’expression de MsGAUT4a, de la composition en glucides et de la liaison entre ceux-ci. Afin d’obtenir davantage d’informations sur la fonction de ces gènes chez la luzerne, le développement de plantes dans lesquelles les gènes MsGAUT4a, MsSOC1a et MsFTb1 sont complètement inactivés a également été entrepris.

Ce qu’ils ont appris

Les chercheurs ont identifié trois gènes (MsGAUT4a, MsSOC1a et MsFTb1) chez la luzerne qui pourraient potentiellement agir comme régulateurs négatifs de la productivité en biomasse et/ou de la digestibilité, d’après des recherches antérieures menées sur d’autres espèces végétales. Afin de déterminer si ces gènes remplissent des fonctions similaires chez la luzerne, les chercheurs ont produit des plantes présentant une expression réduite de MsGAUT4a et de MsSOC1a, puis ont évalué de nombreuses caractéristiques. Les plantes chez lesquelles l’expression de MsGAUT4a avait été réduite ne présentaient aucune différence quant à la croissance ou à la morphologie des parties aériennes ou souterraines. Elles ont toutefois présenté une diminution de la teneur en expressioinacide galacturonique, qui est l’un des principaux composants de la pectine, un glucide de la paroi cellulaire. Des changements significatifs ont également été observés dans l’accumulation de certains métabolites, ainsi qu’une augmentation de la teneur totale en azote.

L’une des raisons possibles pour lesquelles les plantes présentant une expression réduite du gène MsGAUT4a n’ont pas montré d’améliorations significatives de leurs caractéristiques de croissance pourrait être que l’ampleur de cette diminution de l’expression n’était pas suffisante pour induire ces changements. C’est pourquoi les chercheurs ont également réussi à générer des plantes de luzerne présentant des mutations sur les quatre copies du gène MsGAUT4a, afin d’en inactiver complètement la fonction ; ces plantes feront l’objet d’évaluations plus approfondies dans un avenir proche.

Contrairement aux plantes présentant une réduction de l’expression de MsGAUT4a, celles présentant une réduction de l’expression de MsSOC1a ont systématiquement fleuri plus tard, étaient légèrement plus petites, avaient des tiges plus fines et des distances plus courtes entre les feuilles. De plus, elles présentaient également une ramification primaire accrue et un rapport feuilles/tige plus élevé par rapport à la luzerne de type sauvage. Ces plantes ont également présenté une dégradabilité accrue des fibres, ce qui suggère qu’elles pourraient présenter une meilleure digestibilité. À ce titre, la production de plantes de luzerne soc1a inactivées a été lancée en vue d’une évaluation plus approfondie.

Enfin, les chercheurs ont également réussi à utiliser la technologie CRISPR/Cas9 pour induire des mutations dans les quatre allèles du gène FTb1 dès la première génération. Les recherches se poursuivent afin d’évaluer plus en détail les effets de ces gènes sur divers caractères.

Ce que cela signifie

Bien que la réduction de l’expression de MsGAUT4a et de MsSOC1a, respectivement, n’ait pas amélioré le rendement en biomasse de la luzerne, ces résultats suggèrent que la réduction de l’expression de MsSOC1a pourrait entraîner une amélioration de la digestibilité. L’équipe de recherche a également lancé le développement de plantes de luzerne dans lesquelles les gènes MsGAUT4a, MsSOC1a et MsFTb1 ont été complètement inactivés, afin de déterminer s’ils peuvent induire des changements plus significatifs au niveau de la production de biomasse et/ou de la digestibilité. Ces plantes pourront être utilisées dans le cadre de recherches ultérieures, notamment d’essais au champ et d’essais d’alimentation, et pourraient constituer du matériel génétique pour le développement ultérieur d’une luzerne non transgénique présentant une meilleure dégradabilité.