La modification des inflorescences avec une capacité de grain plus élevée est vitale pour la production de céréales. Un objectif récurrent est de sélectionner des inflorescences avec plus de branches ou de structures florales. Les principaux exemples incluent les gènes affectant l’identité florale ou la détermination du méristème, pour lesquels des variants naturels ou induits modifient profondément le nombre de primordiums floraux. Pourtant, pour les cultures céréalières tempérées, comme le blé et l’orge, des structures florales excessives peuvent entraîner une pénalité de dégénérescence en raison de la nature indéterminée des méristèmes. D’autre part, la manifestation de ce potentiel reproducteur peut être accentuée par les fluctuations environnementales telles que la lumière, la température et la nutrition. L’augmentation de la fraction de fleurons/épillets survivants peut donc améliorer le rendement en grains des céréales.
Maintenant, les chercheurs d’IPK ont dévoilé un mécanisme jusque-là non reconnu par lequel les signaux dans le système vasculaire de l’inflorescence de l’orge contrôlent la différenciation des plastes et la signalisation des nutriments, soutenant ainsi la croissance du méristème floral hétérotrophe et le succès de la reproduction. Leurs résultats prouvent que l’horloge circadienne du système vasculaire est nécessaire pour un passage rapide de l’état d’initiation des ébauches florales à l’état de croissance.
En procédant à une dissection et un phénotypage des méristèmes floraux à grande échelle, les chercheurs montrent qu’environ 40 % des primordiums floraux initiés forment des grains tandis que le reste est avorté, ce qui représente un potentiel de rendement inexploité. « Nous montrons en outre que le nombre de primordiums floraux initiés est largement déterminé par les gènes de la période de floraison, mais que le sort des primordiums floraux distaux est contrôlé par au moins trois locus de traits quantitatifs indépendants », déclare le Dr Yongyu Huang, premier auteur de l’étude. .
« Nous avons identifié pour la première fois une maladie d’expression vasculaire Famille de motifs CCT gène (HvCMF4) qui est nécessaire à la croissance des ébauches d’épillets et à la réussite de la pollinisation », explique le Dr Yongyu Huang. De plus, l’équipe de recherche a montré que HvCMF4 fonctionne spécifiquement après l’initiation des ébauches d’épillets par le câblage de l’horloge circadienne à partir du système vasculaire de l’inflorescence pour contrôler le verdissement du tissu voisin ; et donc, la production d’énergie autotrophe. « Ce mécanisme de détermination du nombre de grains n’a pas été décrit auparavant et semble être unique au Triticées espèce, qui présente un verdissement précoce de l’inflorescence lors de l’initiation et de la différenciation des épillets. »
« Notre étude évoque une nouvelle voie pour augmenter le rendement en grains, soulignant la possibilité d’augmenter le nombre de grains non seulement en obtenant plus de primordiums floraux, mais aussi en les transportant jusqu’à maturité », déclare le professeur Thorsten Schnurbusch, chef du groupe de recherche d’IPK « Plant Architecture » et professeur de génétique du développement des plantes cultivées à l’Université Martin Luther de Halle. « L’orge étant l’une des cultures céréalières les plus importantes au monde (quatrième après le riz, le maïs et le blé), une meilleure exploitation de son potentiel de rendement céréalier peut ainsi contribuer à la sécurité alimentaire mondiale et ainsi aider directement à lutter contre les menaces de faim imposées par le changement climatique, catastrophes naturelles ou de guerre ».
Plus d’information:
Yongyu Huang et al, Un cadre moléculaire pour la détermination du nombre de grains dans l’orge, Avancées scientifiques (2023). DOI : 10.1126/sciadv.add0324. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add0324
Fourni par l’Institut Leibniz de génétique végétale et de recherche sur les plantes cultivées