Les travaux entrepris se sont tout d’abord appuyés sur notre expérience de la transformation génétique du riz, mise en œuvre depuis une dizaine d’années. Celle-ci a d’abord été envisagée comme outil pour évaluer divers gènes de fonction potentiellement utile pour l’amélioration variétale puis, avec la montée en puissance du statut de graminée modèle de cette plante dans la seconde moitié des années 1990, comme outil pour comprendre la régulation, la fonction et les interactions des gènes chez les céréales.

C’est ce dernier aspect qui mobilise actuellement le plus notre équipe. Un axe en fort développement est l’approche de génomique fonctionnelle de l’élaboration des caractères agronomiques chez cette plante. Les caractères ciblés au sein de l’UMR sont la tolérance à la salinité et la réponse adaptative de l’architecture de la plante de riz et du métabolisme carboné en situation de compétition et de contrainte hydrique. Le lien avec les autres céréales comme le blé et l’orge, est renforcé au sein de l’équipe par la mise en relation des données obtenues sur riz avec les connaissances actuelles de génétique et génomique de tolérance aux stress abiotiques sur ces espèces.

Les activités portant sur l’amélioration des vecteurs et méthodologies de transformation et l’évaluation de gènes d’intérêt potentiel dans les riz transgéniques évolueront vers la mise en oeuvre de nouveaux outils pour l’analyse et la validation de la fonction des gènes de cette céréale. . Sera notamment explorée dans ce cadre l’utilisation de vecteurs basés sur la technique des ARN interférents permettant une extinction spécifique ou globale des membres d’une même famille de gènes, comme par exemple l’extinction systématique des membres d’une famille de facteurs de transcription. L’analyse fonctionnelle de promoteurs identifiés par enhancer trapping, la validation de gènes isolés par clonage positionnel et identifiés par étude d’expression ou la complémentation de mutants issus des criblages des collections de lignées d’insertion seront également conduits. Des données importantes sur les recombinaisons illégitime et homologue chez la monocotylédone modèle devraient également être apportées par l’étude systématique des sites d’insertion des ADN-T et l’étude de facteurs pouvant influencer la fréquence de recombinaison homologue (sur-sous expression et/ou recherche de Knock-outs pour les orthologues des gènes identifiés par les travaux sur la levure, Physcomitrella ou Arabidopsis comme impliqués dans la recombinaison et la réparation de l’ADN).

Notre investissement dans la création de ressources telle que les collections de lignées d’insertion au travers des projets Cereal Gene Tags et Génoplante devrait progressivement céder la place à leur exploitation par génétique directe et inverse et la caractérisation de mutants. Les lignées Ds contenant un enhancer trap ou une activation tag seront évaluées pour la détection de gènes et l’observation de phénotypes. Le séquençage d’un certain nombre de sites d’insertion de l’élément Ds devrait permettre la constitution d’une base de données FST avec les partenaires du projet.

La collection de lignées d’insertion Génoplante (ADN-T et Tos17) de riz devrait être constituée en 2004 de 50,000 lignées totalisant plus de 200,000 inserts dont la plupart seront identifiées par une FST et certaines par un profil d’expression GUS ou GFP. Cette collection de lignées est en cours de criblage systématique pour des changements dans le remplissage du grain (Biogemma), dans la réponse à une infection par l’agent de la pyriculariose, Magnaporthe grisea (UMR BGPI),ou la physiologie/ morphologie à la fois en conditions de phytotron et agronomiques (CIAT). L’ensemble des résultats de phénotypes et de séquences alimenteront la base de données relationnelle en développement Oryza Tag Line (voir Bioinformatique). Les séquences du génome adjacentes aux sites d’insertion de l’ADN-T obtenues à partir de chacun des mutants permettront d’étudier précisément la fonction de séquences choisies, par recherche puis évaluation des mutants correspondants par génétique inverse. Cette ressource permettra d’isoler des gènes du riz intervenant dans les processus fondamentaux de la morphogenèse végétale (architecture, floraison, embryogenèse (Cnrs-UP)…) et dans la tolérance aux agressions biotiques (maladies et ravageurs) et abiotiques (sécheresse, salinité, carence ou toxicité minérale..). La localisation de ces gènes sur des cartes génétiques grâce aux séquences complètes du génome du riz permettra de détecter des co-localisations avec des QTL. Des études de variations alléliques pourront alors être envisagées sur ces gènes d’intérêt à partir de ressources génétiques bien caractérisées.

Pour notre part, nous nous concentrerons au sein de l’équipe et dans le cadre d’un projet pluridisciplinaire sur la génomique de la mise en place et l’adaptation en situation de compétition et de contrainte hydrique de l’architecture des organes (feuilles, racines) de la jeune plante . . Cette approche est un des constituants du continuum de la parcelle au gène créé dans le projet " A2BC " (car associant les différents programmes du Cirad Agronomie, Amap, Biotrop et Calim). Une fois les paramètres d’étude (stade de développement, organe, tissu, rapidité d’application, sévérité et durée du stress …) sériés par les écophysiologistes du projet, la découverte de gènes notamment ceux faiblement exprimés comme les facteurs de transcription, sera réalisée par la détection de phénotypes lors de cribles constitutifs et conditionnels de collections de lignées d’insertion (transposon, rétro transposon ou ADN-T), la mise en évidence des séquences candidates différentiellement régulées dans des études de transcriptome et l’identification et l’étude de mutants de riz affectés dans des séquences potentiellement impliquées dans l’élaboration du caractère. L’expression des gènes clés ainsi identifiés entrera dans un processus de modélisation du fonctionnement de la plante sous contrainte environnementale. Les résultats obtenus seront intégrés dans la base de données AsTolDB. Les mécanismes associés à la vigueur précoce (taille de l’embryon, croissance du coléoptile, croissance foliaire et tallage) seront privilégiés pour cette étude.