Le maïs, ou maïs, est cultivé dans le monde entier, comme aliment, matière première et source de biocarburant, et est l’une des cultures les plus produites avec le blé et le riz. Aujourd’hui, l’importance du maïs en tant que céréale est inégalée et les méthodes pour augmenter les rendements des cultures, réduire les coûts agricoles et assurer une agriculture durable sont essentielles.
Il a été démontré que l’augmentation du rendement du maïs est liée à l’utilisation d’engrais azotés. Mais on a également constaté que leur absorption d’engrais azotés du sol est inefficace, à seulement environ 40 à 65 %. Comprendre les causes de cette inefficacité est important pour améliorer la croissance des cultures de manière économique et durable (moins d’utilisation d’engrais). Cependant, les techniques traditionnelles de dissection et d’analyse des tissus demandent beaucoup de travail et manquent de précision, ce qui rend difficile pour les scientifiques d’obtenir des informations claires sur les types et les caractéristiques des cellules.
Récemment, une nouvelle technique appelée séquençage d’ARN unicellulaire (scRNA-seq) a changé la donne dans l’analyse des tissus au niveau cellulaire. Technique polyvalente, elle a été appliquée à des échantillons de tissus humains, de souris, de riz, d’arachides et d’autres plantes, révélant des modèles d’expression génique clés et des voies de développement cellulaire.
Désormais, dans le cadre d’une collaboration entre l’Institute of Nanfan & Seed Industry, Guangdong Academy of Science, Chine, et le College of Agriculture and Biology, Zhongkai University of Agriculture and Engineering, Chine, des scientifiques ont utilisé cet outil pour caractériser les racines du maïs. « L’application de scRNA-seq pour identifier les gènes spécifiques au type de cellule responsables de l’absorption et du traitement de l’azote apporte un nouvel espoir pour optimiser la capacité d’absorption des nutriments des racines dans les cultures, y compris le maïs », déclare le professeur Yongwen Qi, qui a dirigé la collaboration.
Dans leur étude, l’équipe a analysé plus de 7 000 cellules des extrémités racinaires de semis cultivés sur des milieux avec ou sans engrais azoté. Ils ont identifié et caractérisé 11 principaux types de cellules ou tissus qui étaient chacun présents en nombre très différent. Cela reflète la grande hétérogénéité des pointes racinaires du maïs. La comparaison des cellules de semis cultivés dans l’un ou l’autre des milieux a montré que dans ces types de cellules, il y avait 85 gènes spécifiques au type de cellule pour la réponse au nitrate, seuls certains d’entre eux étant connus pour l’absorption et le métabolisme du nitrate.
Une analyse plus approfondie a révélé des indices sur les voies de développement de diverses cellules. Par exemple, il a été découvert que les cellules ciliées des racines étaient dérivées d’un sous-type de cellule épidermique.
Les scientifiques ont également comparé les types de cellules parmi les racines de maïs et de riz pour trouver les gènes communs et ceux qui sont différenciés, obtenant ainsi un aperçu des gènes qui auraient pu être conservés au cours de l’évolution à travers les espèces cultivées. Ils ont trouvé 57 gènes de poils absorbants, 216 gènes d’endoderme et 80 gènes de phloème qui sont conservés.
Les gènes caractérisés dans cette étude pourraient servir de feuille de route aux chercheurs cherchant à trouver des moyens de contrôler avec précision l’expression des gènes et les variations dans des types de cellules ou des tissus spécifiques, dans le maïs ou d’autres cultures. « Bien que tous les types de cellules n’aient pas été capturés, nos résultats sont une ressource précieuse pour étudier les types de cellules et la réponse des cultures de maïs aux engrais azotés. Ce travail fournit également un exemple pour l’exploration de l’hétérogénéité cellulaire dans un tissu spécial d’une plante. , les gènes caractérisés dans cette étude pourraient être des cibles pour d’autres analyses visant à améliorer génétiquement les cultures de diverses espèces. Nous espérons que cette étude pourra fournir des idées et des méthodes pour l’isolement des gènes, le contrôle de l’expression des gènes et des caractéristiques des plantes, et même la sélection de précision », déclare le professeur. Qi.
Grâce à leurs découvertes, l’équipe du professeur Qi a ouvert la voie à de nouvelles explorations en biotechnologie et en sélection végétale. En particulier, cette étude présente une étape importante vers une croissance des cultures de maïs plus efficace et économique, mais durable, pour un avenir plus doré.
La recherche a été publiée dans Le journal des récoltes.
Xuhui Li et al, le séquençage d’ARN unicellulaire révèle le paysage des pointes de racines de maïs et aide à l’identification des gènes de réponse au nitrate spécifiques au type de cellule, Le journal des récoltes (2022). DOI : 10.1016/j.cj.2022.02.004
Fourni par Cactus Communications