Analyse des changements transcriptomiques lors des étapes clés de l'embryogenèse somatique chez Coffea arabica.

par Rayan Awada

Projet de thèse en Biologie du développement

Sous la direction de Hervé Etienne et de Benoit Bertrand.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau , en partenariat avec IPME - Interactions Plantes Microorganismes Environnement (laboratoire) depuis le 01-05-2017 .


  • Résumé

    La maitrise des processus d'embryogenèse somatique (ES) est devenue un enjeu majeur en biotechnologie et en génétique des plantes tant il est devenu évident qu'elle conditionne directement le succès de i) la propagation végétative du progrès génétique à grande échelle, ii) la disponibilité de procédés de transformation génétique robustes, iii) le développement des nouvelles technologies d'édition des génomes tels que la méthodologie Crispr-Cas9, iv) la régénération de protoplastes et v) la cryoconservation à long-terme de ressources génétiques (Etienne et al. 2016). Le caféier fait aujourd'hui figure de plante pérenne modèle avec une ES appliquée au niveau industriel pour les deux espèces cultivées - C. arabica (Cirad/Ecom) et C. canephora (Nestlé/Agromod) - qui permet au Cirad depuis 2002 de diffuser des clones d'hybrides F1 intraspécifiques issus de ses programmes de sélection. Cette maîtrise de l'ES permet également au Cirad d'avoir le leadership pour la transformation génétique du caféier basée sur Agrobacterium tumefaciens (Ribas et al. 2011), et plus récemment pour l'édition du génome avec l'obtention de mutants avec faible contenu en caféine par la technologie Crispr-Cas9). Nestlé et le Cirad sont en train de signer un ‘Agreement' portant sur ‘L'analyse des changements transcriptomiques lors des étapes clés de l'embryogenèse somatique chez Coffea arabica'. L'explosion récente des sciences en –omique, y compris chez le caféier, et notamment des techniques de séquençage des génomes [C. canephora: Denoeud et al. 2014, coffee Genome Hub, http://www.southgreen.fr/ ; C. arabica: Mueller et al. 2014, Nestlé (consortium ACGC)] et des transcriptomes (Bardil et al., ; Bertrand et al., 2011,2015), représente une véritable opportunité pour comprendre les évènements moléculaires mis en jeu lors de l'obtention des cellules embryogènes, leur prolifération en suspension et la régénération d'embryons somatiques à partir de ces suspensions. Ces étapes clés représentent pourtant les véritables boîtes noires des procédés d'ES. Ainsi, des analyses basées sur des technologies NGS visent depuis peu à étudier les changements globaux du transcriptome au cours de l'ES (Zhang et al. 2012 Planta; Jin et al. 2014 Plant Biotechn J). Cependant, aucune étude scientifique de ce type n'a encore été faite sur des processus bien établis, appliqués à l'échelle industrielle. L'objectif de Nestlé et du Cirad est de réaliser conjointement une analyse poussée des changements transcriptomiques lors des étapes clés de du processus industriel de propagation par ES chez C. arabica.

  • Titre traduit

    Analysis of transcriptomic changes during key developmental switches of coffee somatic embryogenesis


  • Résumé

    The mastery of somatic embryogenesis (SE) processes has become a major issue in biotechnology and plant genetics as it has become obvious that it directly influences the success of i) the large-scale vegetative propagation of genetic progress, ii) the availability of robust genetic transformation procedures, (iii) the development of new genomic editing technologies such as Crispr-Cas9 methodology, (iv) protoplast regeneration, and (v) long-term cryopreservation of genetic resources. The coffee tree is now a model for perennial crops with a SE applied at the industrial level for the two cultivated species - C. arabica (Cirad / Ecom) and C. canephora (Nestlé / Agromod) - which has enabled CIRAD since 2002 to disseminate intraspecific F1 hybrid clones resulting from its breeding programs. This mastery of SE also allows CIRAD to have the leadership for the genetic transformation of the coffee tree based on Agrobacterium tumefaciens (Ribas et al., 2011), and more recently for the genome edition with the obtaining of mutants with low caffeine content by the Crispr-Cas9 technology. Nestlé and CIRAD are in the process of signing an 'Agreement' on 'Analysis of transcriptomic changes in key stages of somatic embryogenesis in Coffea arabica'. The recent explosion of the '-omics' sciences, including in coffee, and in particular techniques for sequencing genomes [C. Canephora: Denoeud et al. 2014, coffee Genome Hub, http://www.southgreen.fr/; C. arabica: Mueller et al. 2014, Nestlé (ACGC consortium)) and transcriptomes (Bardil et al., Bertrand et al., 2011,2015), represents a real opportunity to understand the molecular events involved in obtaining embryogenic cells, proliferation of embryogenic suspensions and regeneration of somatic embryos. These key steps, however, represent the true black boxes of teh SE processes. Thus, analyzes based on NGS technologies have recently been designed to study the global changes in the transcriptome during SE (Zhang et al., 2012 Planta, Jin et al., 2014 Plant Biotechn J). However, no such scientific study has yet been made on well-established processes applied on an industrial scale. The objective of Nestlé and CIRAD is to jointly carry out a thorough analysis of the transcriptomic changes during the key stages of the industrial process of SE propagation in C. arabica. The lack of understanding of the mechanisms governing the dramatic reprogramming of somatic cells represents the strongest limitation to the rational improvement of SE until now carried out only empirically. The general objective of this project is to acquire a thorough knowledge at the genetic level of the physiological processes controlling the dedifferentiation-redifferentiation mechanisms during the induction of embryogenic cells, their proliferation and suspension regeneration, within the framework of industrial SE protocols in C. arabica var. Caturra. These stages of dedifferentiation / redifferentiation are the site of significant genetic and epigenetic reprogramming, compared with the subsequent steps of SE processes (germination, maturation, conversion of embryos into plants). Specific objectives are: • An in-depth knowledge of the molecular basis of coffee SE. • Identify a panel of differentially expressed genes at each developmental switch (comparison step n + 1 vs n). • Identify key 'signaling pathways' during the dedifferentiation-redifferentiation steps at the genetic and epigenetic level during 3 developmental steps. • Obtain molecular markers that can be used to 'pilot' optimization of SE protocols and take into account the genotypic variability.