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Lupin blanc : le génome de cette légumineuse d’avenir enfin séquencé

 

Le lupin blanc est une culture particulièrement sobre, nécessitant très peu d’engrais et produisant des graines de haute qualité nutritive, très riches en protéines. La plante vient de livrer les secrets de son génome grâce à la collaboration de onze laboratoires français et étrangers coordonnée par Benjamin Péret, chercheur du CNRS au laboratoire Biochimie et physiologie moléculaire des plantes (CNRS / Inrae / Université de Montpellier / Montpellier SupAgro). Le lupin a la particularité de posséder des racines dites « protéoïdes » qui lui permettent de solubiliser le phosphate du sol, puis de l’extraire efficacement. Or, comme pour le pétrole, les stocks de ce constituant primordial sont limités et s’épuisent. Connaître le génome de cette plante pourrait accélérer tous les programmes de sélection du lupin et aider à faire de cette légumineuse un atout majeur pour la production en protéines végétales à l’avenir. Les résultats de ce projet financé par un programme européen ERC Starting Grant sont publiés le 24 janvier 2020 dans la revue Nature Communications.

Le lupin blanc possède un système racinaire très adapté aux sols pauvres, grâce à ses racines protéoïdes, il extrait le phosphate du sol de manière très efficace. Le décryptage de son génome représente une étape majeure vers la compréhension de ce mécanisme.

© Benjamin Péret / CNRS

 

 

Produire des protéines végétales et lutter contre la crise du phosphate ? Le séquençage du génome du lupin blanc apporte des réponses :

Un consortium international comprenant des chercheurs du CNRS, d’INRAE et de l’Université de Montpellier a réussi à séquencer et assembler la totalité du génome du lupin blanc. Le projet coordonné par Benjamin Péret (Chercheur CNRS à Montpellier au sein du laboratoire de Biochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes) rassemble onze laboratoires qui ont combiné leurs efforts et leurs compétences pour mener à bien ce tour de force.

Le lupin blanc, une légumineuse au système racinaire remarquable

Le lupin blanc est une culture particulièrement sobre, nécessitant très peu d’engrais et produisant pourtant des graines de haute qualité nutritive, très riches en protéines.

En tant que légumineuse, le lupin utilise l’azote de l’air et grâce à ses racines protéoïdes, il peut très efficacement tirer parti des différents stocks de phosphate du sol. En effet, ces structures racinaires particulières sont constituées de centaines de petites racines courtes ressemblant à un écouvillon qui sécrètent massivement des acides organiques capables de solubiliser le phosphate.

Eviter la crise du phosphate

Le phosphate est un constituant primordial de tout organisme vivant et entre dans la chaine alimentaire grâce aux plantes. Tout comme le pétrole, les stocks de phosphate mondiaux s’épuisent mais à l’inverse du pétrole, il n’y a pas d’alternative à l’utilisation du phosphate comme engrais. Une très grande partie du phosphate devient très vite insoluble dans le sol.

Grâce à ses racines protéoïdes, le lupin blanc est un champion pour récupérer ce phosphate peu bio-disponible pour la majorité des plantes. Le séquençage d’une variété moderne de lupin blanc et de son ancêtre sauvage montre que la domestication a favorisé l’émergence précoce de ces racines protéoïdes.

Vers une autonomie en protéines végétales ?

Les graines du lupin, aussi riches en protéines et encore plus pauvres en amidon que le soja, présentent tous les atouts pour devenir une alternative au soja dans la fourniture de protéines végétales en nutrition animale mais aussi dans l’industrie agro-alimentaire. Leur farine de couleur jaune dorée est bien plus appétissante que de nombreuses autres farines de légumineuses.

De plus, dépourvues de gluten, ces graines constituent un aliment de choix pour les personnes allergiques ou les régimes végétariens. Les données de séquençage ont permis de mettre en évidence que la domestication a aussi eu un impact fort sur la qualité des graines de lupin en réduisant les teneurs en alcaloïdes des variétés ancestrales et en modifiant le profil protéique, par exemple des conglutines, protéines d’intérêt thérapeutique présentes chez le lupin blanc.

La disponibilité du génome du lupin blanc va permettre aux sélectionneurs d’accélérer tous les programmes de sélection que ce soit sur la qualité des graines, mais aussi les aptitudes agronomiques comme la résistance aux maladies, pour faire de cette légumineuse aux qualités multiples un atout majeur pour l’autonomie en protéines végétales sur le sol européen.

Comprendre le développement racinaire

L’équipe dirigée par Benjamin Péret s’intéresse au développement des racines protéoïdes. Dans le cadre d’un projet ambitieux financé par l’Union Européenne (ERC Starting grant LUPIN ROOTS), elle essaye d’identifier les gènes qui contrôlent la formation de ces organes. Les données de séquençage du génome ont déjà permis à l’équipe d’identifier des gènes régulateurs majeurs.

Les travaux en cours devraient permettre de déterminer comment ces structures sont apparues au cours de l’évolution afin de pouvoir un jour transférer cette extraordinaire capacité à des plantes de grande culture avec comme objectif de diminuer l’utilisation de fertilisants en mimant les caractéristiques du lupin blanc.


Référence :
High-quality genome sequence of white lupin provides insight into soil exploration and seed quality. Bárbara Hufnagel, André Marques, Alexandre Soriano, Laurence Marquès, Fanchon Divol, Patrick Doumas, Erika Sallet, Davide Mancinotti, Sébastien Carrere, William Marande, Sandrine Arribat, Jean Keller, Cécile Huneau, Thomas Blein, Delphine Aimé, Malika Laguerre, Jemma Taylor, Veit Schubert, Matthew Nelson, Fernando Geu-Flores, Martin Crespi, Karine Gallardo, Pierre-Marc Delaux, Jérôme Salse, Hélène Bergès, Romain Guyot, Jérôme Gouzy et Benjamin Péret.

Nature Communications, le 24 janvier 2020. https://www.nature.com/articles/s41467-019-14197-9


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