Recherche de marqueurs biochimiques et génétiques de l'adaptation des caféiers cultivés aux conditions climatiques

par Ialy Vestalys

Projet de thèse en Ecophysiologie et adaptation des plantes

Sous la direction de Claudine Campa et de Marson Raherimandimby.

Thèses en préparation à Montpellier en cotutelle avec Faculté des Sciences - Université d'Antananarivo , dans le cadre de GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau , en partenariat avec IPME - Interactions Plantes Microorganismes Environnement (laboratoire) depuis le 16-11-2015 .


  • Résumé

    Coffea arabica et C. canephora sont les deux espèces majeures de caféiers exploitées pour produire du café à partir des grains torréfiés. Cependant, depuis quelques années, les modifications climatologiques liées au changement climatique impactent le niveau de production de ces caféiers. Ainsi, en Amérique centrale et du Sud, la légère hausse des températures moyennes observée dans les zones traditionnelles de culture du café diminue le rendement et favorise le développement de maladies telles que la rouille orangée. Il est donc urgent d'étudier les effets des stress abiotiques liés au changement climatique (température, sécheresse, rayonnement solaire…) sur les caféiers pour mettre en évidence des marqueurs de leur capacité adaptative aux aléas climatiques. De manière générale, les perturbations environnementales entraînent chez les plantes la mise en place d'une réponse adaptative visant à protéger le fonctionnement général de la plante. Cette protection est assurée par des composés anti-oxydants parmi lesquels figurent les composés phénoliques, substances naturelles à fort pouvoir antioxydant. Ainsi, l'accumulation de flavonoïdes a pu être notée dans les tissus des feuilles de plantes soumises à une forte luminosité, ces composés jouant un rôle de filtre aux rayonnements UV et protégeant ainsi les feuilles des effets négatifs d'une lumière trop intense. On a également pu constater, lors des changements climatiques saisonniers (avec pour paramètres majeurs l'évolution de la température et de la durée de l'éclairement), la modification des teneurs foliaires en acides chlorogéniques, composés phénoliques intermédiaires dans la voie de biosynthèse de la lignine. Un dispositif altitudinal en plein soleil ou sous ombrage a été mis en place il y a trois ans au Mexique, à l'INECOL, en collaboration avec les chercheurs du CIRAD de l'équipe CoffeeAdapt. Il permet de fournir du matériel végétal de C. arabica pied franc, C canephora et de C arabica greffé sur du C.canephora à différents stades de développement pour comparer l'évolution du métabolisme primaire et secondaire et l'expression des gènes associée en fonction des conditions climatiques inhérentes à chaque altitude. Les métabolites ciblés seront les sucres libres et l'amidon, témoins du fonctionnement de la photosynthèse et pouvant rendre compte de la fitness, les composés phénoliques (acides chlorogéniques et flavonoïdes) marqueurs de la réponse au stress ainsi que les alcaloïdes puriques (caféine, précurseurs et dérivés), marqueurs neutres mais pouvant intervenir dans la résistance des caféiers aux agresseurs. Les analyses seront réalisées après extraction par chromatographie liquide haute performance (HPLC). Des banques d'expression (RNAseq) de feuilles obtenues à différents stades de croissance des feuilles et dans les différentes conditions de culture permettront la comparaison des niveaux d'expression de l'ensemble des gènes. Grâce à l'obtention du séquençage complet du génome de Coffea canephora, l'identification des gènes sur ou sous-exprimés se fera par alignement de leur séquence contre les séquences du génome. L'ensemble de ces travaux devrait permettre de mettre en évidence les voies de biosynthèse stimulées (ou non) en réponse au stress qui pourraient constituer des marqueurs de la capacité adaptative des variétés de C. arabica cultivées au Mexique. Les gènes candidats retenus comme marqueurs d'adaptation seront validés par RT-qPCR en comparant leur niveau d'expression chez les C. canephora cultivés au Mexique dans le même dispositif qu'arabica, mais également chez des espèces cultivés à Madagascar dans des conditions climatiques variables.

  • Titre traduit

    Biochemical and genetic markers of the adaptation of cultivated coffee to climatic conditions


  • Résumé

    Coffea arabica and C. canephora are the two main species of coffee plants used to produce coffee from roasted beans. However, in recent years, climate changes related to climate change impact the level of production of the coffee trees. Thus, Central and South America, the slight increase in average temperatures observed in traditional areas of coffee cultivation reduces the yield and promotes the development of diseases such as leaf rust. Therefore, it is urgent to study the effects of abiotic stresses associated with climate change (temperature, drought, sunlight ...) on the coffee trees in order to identify adaptation markers likely to withstand the rigors climate. Generally, environmental stress in plants lead the development of an adaptive response to protect the general operation of the plant. This protection is provided by anti-oxidant compounds which include phenolic compounds, natural substances with strong antioxidant. Thus, accumulation of flavonoids could be noted in the plant leaf tissues subjected to high brightness, these compounds acting as a filter to UV radiation and thereby protecting the leaves of the negative effects of strong light. It was also noted during seasonal climate change (with major parameters for changing the temperature and duration of illumination), the modification foliar contents chlorogenic acids, and intermediate phenolic compounds in the biosynthetic pathway lignin. An altitudinal device under full sun or shade was set up three years ago in Mexico, the INECOL, in collaboration with researchers from CIRAD CoffeeAdapt of the team. It allows to provide plant material of C. arabica ungrafted and grafted with C. canephora, and C. canephora in different stages of development to compare the evolution of the primary and secondary metabolism and gene expression associated Depending on the climatic conditions inherent to each altitude. Targeted metabolites will free sugars and starch, controls the operation of photosynthesis and can account for the fitness, phenolic compounds (chlorogenic acids and flavonoids) stress response markers and purine alkaloids (caffeine, precursors and derivatives), but neutral markers may be involved in the resistance of coffee trees pest and diseases. Analysis will be performed after extraction by high performance liquid chromatography (HPLC). Expression libraries (RNAseq) of sheets obtained at different stages of leaf growth and different culture conditions allow the comparison of expression levels of all genes. Through obtaining the complete genome sequencing of Coffea canephora, the identification of genes over- or under-expressed will by aligning their sequences against the sequences of the genome. All this work is expected to highlight the biosynthetic pathways stimulated (or not) in response to stress which could constitute markers of the adaptive capacity of cultivated C. arabica varieties in Mexico. Candidate genes selected as adaptive markers will be validated by RT-qPCR by comparing their level of expression in C. canephora grown in Mexico in the same device as arabica, but also in species grown in Madagascar under climatic conditions variables.