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Décryptage du génome d’Eucalyptus grandis, le feuillu le plus planté au monde

E.grandis
© J.Grima-Petenatti
Avec une superficie mondiale de 20 millions d’hectares de plantations industrielles, les Eucalyptus sont les feuillus les plus plantés au monde. Aujourd’hui encore essentiellement destinés à la production de pâte à papier, ces arbres à la croissance rapide représentent une importante source de biomasse renouvelable et pourraient constituer, au travers des biocarburants de deuxième génération, une réponse aux demandes croissantes en énergie. Compte tenu des enjeux économiques considérables, mais aussi des enjeux sociaux et écologiques que représentent les plantations d’Eucalyptus, il est crucial de comprendre comment ceux-ci fabriquent leur « bois », résistent à des conditions climatiques contraignantes ou à des bio-envahisseurs. C’est dans cette optique qu’un consortium international impliquant l’équipe « génomique fonctionnelle de l’Eucalyptus » au LRSV (CNRS/UPS) menée par J. Grima-Pettenati, vient de décrypter le génome d’Eucalyptus grandis, véritable « Atlas » des possibilités que réserve cette espèce.
FMGrima

Originaire d’Australie, le genre Eucalyptus comprend plus de 700 espèces. Parmi les espèces les plus plantées, figure notamment l’Eucalyptus grandis. Plusieurs équipes de chercheurs fédérées dans un réseau international sont parvenues à décrypter son génome soit, après le peuplier, le 2ème génome d’un arbre forestier à être séquencé.

La caractéristique la plus frappante du génome d’E. grandis est que parmi tous les génomes connus, c’est celui qui présente le taux le plus élevé de gènes répétés en « tandem », c’est à dire de manière juxtaposée. Cette fréquence n’affecte pas toutes les familles de gènes de la même façon. Si certaines présentent moins de variantes qu’une petite plante commune telle que l’arabette des dames, d’autres sont en revanche surreprésentées comme les gènes impliqués dans la biosynthèse des substances destinées à protéger l’arbre contre les insectes, les « terpènes ». Certains des gènes en tandem, spécifiques du genre Eucalyptus, ont ainsi probablement contribué à sa capacité d’évolution et d’adaptation aux conditions environnementales très contrastées du continent australien. Des études phylogénétiques comparatives ont de plus mis en évidence des caractéristiques remarquables, comme l’existence de plusieurs sous-groupes de gènes présents uniquement chez les arbres et arbustes, et absents chez l’arabette des dames ou chez le riz.

Membres fondateurs du consortium international qui a porté le projet de séquençage du génome d’Eucalyptus, l’équipe Génomique fonctionnelle de l’Eucalyptus (LRSV - CNRS / UPS) a également caractérisé plusieurs familles de gènes importantes pour la formation du bois et la résistance aux stress : six familles de facteurs de transcription et onze familles de gènes de la biosynthèse des lignines, molécules limitantes dans l’utilisation du bois pour la fabrication de pâte à papier ou la production de bioéthanol. En couplant ces études à des analyses d’expression à grande échelle, les chercheurs sont parvenus à identifier des gènes candidats très prometteurs pour la régulation de la formation du bois en dépit des stress environnementaux.

Des études fonctionnelles de ces gènes sont en cours dans le cadre du projet Plant KBBE « Tree For Joules » coordonné par J. Grima-Pettenati. Elles visent à mieux comprendre leurs rôles et évaluer l’effet de leurs modulations sur la « saccharification », étape clé dans la production de bioéthanol à partir de biomasse lignocellulosique.  Pour augmenter le rendement et diminuer le coût de ces process, il faut par exemple sélectionner des arbres contenant le moins de lignines possible, tout en ayant une très haute production de biomasse et une bonne capacité à tolérer les stress environnementaux. Un challenge désormais facilité grâce à la disponibilité du génome et l’identification de gènes régulateurs clés…

Voir aussi

  • Contact chercheur :

J. Grima-Pettenati / Tel.: 05 34 32 38 13

  • Références publications:
  1. Myburg A., D Grattapaglia, G Tuskan, U Hellsten, R Hayes, J Grimwood, J Jenkins, E Lindquist, H Tice, D Bauer, D Goodstein, I Dubchak, A Poliakov, E Mizrachi, A Kullan, I Van Jaarsveld, S Hussey, D Pinard, O Silva-Junior, R Togawa, M Pappas, D Faria, C Sansaloni, C Petroli, X Yang, P Ranjan, T Tschaplinski, C Ye, Ting Li, L Sterck, K Vanneste, F Murat, M Soler, H Clemente, N Saidi, H Cassan-Wang, C Dunand, C Hefer, E Bornberg-Bauer, A Kersting, K Vinnig, VAmarasinghe, Martin Ranik, S Naithani, J Elser, A Boyd, A Liston, J Spatafora, P Dharmawardhana, R Raja, C Sullivan, E Romanel, A Alves-Ferreira, C Külheim, W Foley, V Carocha, J Paiva, D Kudrna, S Brommonschenkel, G Pasquali, M Byrne, P Rigault, J Tibbits, A Spokevicius, R Jones, D Steane, R Vaillancourt, B Potts, K Barry, G Pappas Jr, S Strauss, P Jaiswal, J Grima-Pettenati, J Salse, Y Van de Peer, D Rokhsar, J Schmutz, Karen Van der Merwe, P Singh, and F Joubert The genome of Eucalyptus grandis - a global tree for fiber and energy" Nature  510: 356-362
  2. Soler M, Camargo ELO, Carocha V, Cassan-Wang H,San Clemente H, Savelli B, Hefer CA, Paiva JP; Myburg AA, Grima-Pettenati J. (2014). The Eucalyptus grandis R2R3-MYB transcription factor family: evidence for woody growth related evolution and function. New Phytol (in press).
  3. Yu H, Soler M, Mila I, San Clemente H, Dunand C, Paiva JP, Myburg AA, Bouzayen M, Grima-Pettenati J, Cassan-Wang H. (2014). Genome-wide characterization and expression profiling of the AUXIN RESPONSE FACTOR (ARF) gene family in Eucalyptus grandis. Plos One (in press).
  4. Hussey S.G., Saïdi M.N., Hefer C.A., Myburg A.A. and  Grima-Pettenati  J. (2014) Structural, evolutionary and functional analysis of the NAC domain protein family in Eucalyptus. New Phytol (in press).
  5. Yu H, Soler M, San Clemente H, Mila I, Paiva JP, Myburg AA, Bouzayen M, Grima-Pettenati J, Cassan-Wang H. (2014). Comprehensive Genome-wide analysis of the AUX/IAA gene family in Eucalyptus. Evidence for the role of EgrIAA4 in wood formation PCP (in press).
  6. Carocha V, Soler M, Hefer CA, , Cassan-Wang H, Fevereiro P, Myburg AA, Paiva JP, Grima-Pettenati J. (2014). Genome-wide analysis of the lignin toolbox of Eucalyptus grandis. New Phytol (in press).
  7. Cao PB and Azar S, San Clemente H, Mounet F, Dunand C, Marque G, Marque C and Teulieres C. Genome-wide analysis of the AP2/ERF family in Eucalyptus grandis: an intriguing over-representation of stress-responsive DREB1/CBF. PLoS One (in press)