Perspectives génétiques sur la nodulation du soja

Le soja est une culture clé qui est cultivée partout dans le monde. Il est nutritif et peut être consommé par les gens et les animaux. Il produit aussi une quantité significative de l'huile de cuisson dans le monde. Originaire du nord de la Chine, la culture du soja se développe rapidement, surtout en Amérique du Nord et du Sud. Récemment, son utilisation dans la fabrication de biocarburants a accru son importance dans l'économie. Avec la demande croissante de soja, les agriculteurs et les scientifiques travaillent dur pour trouver des moyens d'en produire plus.

#Le Rôle des Légumineuses

Le soja fait partie d'un groupe de Plantes appelées légumineuses. Une caractéristique intéressante des légumineuses est leur capacité à collaborer avec des bactéries spéciales appelées rhizobiums. Ces bactéries aident les plantes à prendre de l'azote dans l'air et à le transformer en une forme que les plantes peuvent utiliser. Ce processus est connu sous le nom de fixation de l'azote. L'azote que les légumineuses fournissent est un gros coup de pouce pour le sol et soutient d'autres plantes qui poussent dans la même zone. Les légumineuses représentent environ 12-15 % de toutes les terres agricoles, et elles fournissent environ 40 millions de tonnes d'azote chaque année.

La capacité de ces plantes à fixer l'azote est cruciale pour maintenir des pratiques agricoles durables qui ne nécessitent pas beaucoup d'engrais chimiques.

#Comprendre la Nodulation dans le Soja

Les chercheurs ont trouvé des Gènes spécifiques dans le soja qui contrôlent la manière dont ces plantes nodulent, ce qui fait référence à la formation de nodules où vivent les rhizobiums. Ces gènes s'appellent les gènes Rj ou rj. Ils aident à déterminer la compatibilité des plantes de soja avec différents types de rhizobiums. La plupart des études se sont concentrées sur des conditions où des rhizobiums sont ajoutés au sol, mais il n'y a pas eu beaucoup de recherches sur les conditions naturelles sans rhizobiums supplémentaires.

Dans des études antérieures, les scientifiques ont identifié de nouveaux gènes sur le Chromosome 18 du soja qui pourraient contrôler comment bien ils peuvent former des nodules avec des rhizobiums lorsqu'aucune bactérie supplémentaire n'est introduite. Cependant, aucun gène de nodulation spécifique n'a été trouvé dans cette zone. Cette recherche actuelle vise à identifier davantage ces gènes en analysant des données génétiques.

#Méthodes de Recherche

Pour cette étude, les scientifiques ont utilisé 113 lignées de soja dérivées du croisement de deux plantes parentes différentes appelées 'Tamahomare' et 'Peking'. Le principal type de rhizobium trouvé dans 'Tamahomare' est B. japonicum, tandis que 'Peking' a surtout B. elkanii.

Les graines de ces lignées ont été nettoyées puis plantées dans un sol prélevé d'une ferme de soja. Les plantes ont été cultivées dans un environnement contrôlé jusqu'à atteindre une certaine étape. Après environ un mois, des nodules ont été collectés à partir des racines des plantes pour analyse.

#Extraction de l'ADN

Les nodules collectés ont été soigneusement nettoyés pour enlever toute la terre, puis traités pour tuer les bactéries restantes. Après cela, les nodules ont été écrasés pour extraire l'ADN, qui a ensuite été purifié pour des tests supplémentaires.

#Classification des Espèces Rhizobiales

Ensuite, les scientifiques ont analysé l'ADN des nodules pour classer les types de rhizobiums présents. Les méthodes précédentes utilisaient une technique complexe appelée polymorphisme de longueur de fragment de restriction, mais cette étude a adopté une méthode plus récente à haut débit pour une meilleure précision. Des amorces spécifiques ont été utilisées pour amplifier les régions d'intérêt dans l'ADN, et un grand nombre de combinaisons d'amorces différentes ont été créées pour l'analyse.

Un premier tour de PCR a été effectué, et l'ADN résultant a été séquencé avec une technologie avancée. Après le séquençage, les données ont été traitées pour classer les espèces bactériennes trouvées dans les nodules.

#Création d'une Carte de Lien

Pour mieux comprendre la structure génétique des lignées de soja, une carte de lien a été créée. Cette carte aide à suivre les gènes et les traits en identifiant des marqueurs ADN liés à des caractéristiques spécifiques. La carte a été développée en utilisant une technologie appelée GRAS-Di, et la composition génétique des lignées de soja a été analysée.

La prochaine étape était d'effectuer une analyse QTL pour trouver des régions spécifiques dans le génome associées aux traits étudiés, comme la capacité des plantes de soja à noduler avec des rhizobiums.

#Analyse de l'Expression Génétique

Pour trouver les gènes pertinents pour la nodulation, les scientifiques ont extrait de l'ARN des racines des plantes de soja et utilisé la technologie RNA-seq pour analyser les niveaux d'expression des gènes. Cette partie de l'étude s'est concentrée sur l'identification de gènes candidats potentiels responsables des traits examinés.

Les résultats ont montré qu'un gène, Glyma.18g281700, avait des niveaux d'expression significativement différents entre les deux lignées parentes de soja. Ce gène est connu pour avoir des rôles dans la défense des plantes et pourrait aussi jouer un rôle dans la façon dont les sojas interagissent avec les rhizobiums.

#Recherche Précédente sur les Gènes de Soja

Plusieurs gènes liés à la nodulation ont déjà été identifiés dans le soja. Certains de ces gènes sont connus pour limiter la nodulation avec des souches spécifiques de rhizobiums. Par exemple, des allèles spécifiques comme Rj2 et Rfg1 se trouvent sur le chromosome 16 et peuvent restreindre la nodulation. D'autres allèles, comme Rj4 et Rj3, ont des rôles et des limitations différents concernant la nodulation.

Dans des études antérieures, les chercheurs ont découvert que des gènes affectant la proportion de bactéries nodulantes dans les racines se trouvaient sur le chromosome 18. Dans cette recherche, les scientifiques ont réussi à réduire la localisation d'un gène lié à ces traits à une zone plus petite. Ils ont également identifié des gènes candidats basés sur l'analyse de l'ARN.

#Identification des Gènes Candidats

Le cartographie fine du QTL a conduit à identifier une région spécifique sur le chromosome 18 contenant 22 possibles gènes liés à la nodulation et à la compatibilité avec les rhizobiums. L'analyse a confirmé que Glyma.18g281700 est probablement un acteur clé dans ce processus car il a montré des différences significatives d'expression entre les lignées parentes.

De plus, la recherche a trouvé d'autres gènes dans la même zone qui pourraient également jouer des rôles dans la résistance des plantes aux maladies. Ces gènes candidats sont des marqueurs importants pour les efforts de sélection futurs visant à améliorer les rendements du soja et sa compatibilité avec les bactéries bénéfiques.

#Conclusion

En résumé, cette étude éclaire les facteurs génétiques qui affectent la nodulation dans le soja. Un QTL majeur lié aux relations symbiotiques avec les rhizobiums a été identifié sur le chromosome 18. La recherche a découvert un gène candidat potentiel qui pourrait aider à améliorer les traits du soja et à améliorer les pratiques agricoles. Alors que les scientifiques continuent leur travail, ces découvertes pourraient mener à de meilleures variétés de soja qui peuvent prospérer dans des conditions diverses et augmenter la productivité de manière durable.