La clé du génome des légumineuses

2016 : Année internationale des légumineuses ! Et pour cause : les légumineuses ont des atouts à mieux valoriser pour une agriculture durable. Le séquençage du génome d’une espèce modèle en 2011 est une étape décisive pour faciliter l’amélioration de ces espèces à fort potentiel.

Les légumineuses, une famille à fort enjeu agronomique

Pois, féverole, lentille, luzerne, trèfle,…les légumineuses possèdent une caractéristique unique dans le monde végétal : celle de fixer l’azote atmosphérique, grâce à une symbiose avec des bactéries installées dans leurs racines. De cette propriété découlent de nombreux avantages. Utilisées dans une rotation de cultures, les légumineuses fournissent de l’azote à la culture suivante, permettant ainsi une économie d’engrais azotés de synthèse (1). Elles augmentent aussi la biodiversité, et peuvent réduire la transmission des maladies et ravageurs. Sur le plan alimentaire, les légumineuses sont une source importante de protéines pour l'alimentation humaine et animale

Malgré tous ces atouts, la culture des légumineuses n’a cessé de chuter en France et en Europe depuis les années 80 (2) : seulement 2 % des surfaces cultivées en grandes cultures en Europe, contre plus de 15 % en Amérique du Nord et 26 % en Amérique du Sud. Déficitaire en cultures de protéagineux, l’Europe importe 75% des protéines végétales utilisées en alimentation animale, essentiellement sous forme de tourteaux de soja.

La connaissance du génome de ces espèces est un facteur clé de leur amélioration génétique, et par suite de leur succès agronomique et de leur réintroduction dans les rotations de cultures.

L’Inra choisit un modèle : Medicago truncatula

Un consortium international comprenant l’Inra a décrypté la quasi-totalité des huit chromosomes du génome de Medicago truncatula (3). Medicago truncatula, proposée comme légumineuse modèle par l’Inra dans les années 1980, est très proche de la plupart des légumineuses cultivées en Europe comme le pois protéagineux, la féverole, la luzerne ou les trèfles. En particulier, l’ordre des gènes sur les chromosomes est conservé parmi ces espèces (4). Ainsi, la détermination de la séquence du génome de Medicago truncatula a permis d’ordonner la majorité des gènes sur les huit chromosomes pour plusieurs espèces. Cette connaissance devrait grandement faciliter la localisation des gènes importants chez les légumineuses cultivées.

L’origine génétique de la symbiose fixatrice d’azote

Ces travaux ont également révélé que le génome des légumineuse a été dupliqué il y a environ 60 millions d'années. Grâce à cette duplication du génome, des gènes impliqués dans une symbiose beaucoup plus ancienne avec des champignons mycorhiziens ont évolué et donné naissance aux gènes impliqués dans la symbiose fixatrice d'azote.

^{(1) L'économie d'engrais azotés s'accompagne d'une économie d’énergie fossile nécessaire à la production et au transport de ces engrais, et d'une diminution des émissions de gaz à effet de serre, car la fertilisation azotée est à l’origine d’émissions dans l’atmosphère de protoxyde d’azote (N₂O), un gaz ayant un pouvoir de réchauffement climatique environ 300 fois plus élevé que le gaz carbonique.}

^{(2) pour différentes raisons en partie historiques : bas coût des engrais azotés, soutien économique supérieur pour les céréales.}

^{(3) La France a réalisé le séquençage des deux bras du chromosomes n°5, soit 45 millions de paires de bases, avec une finition complète.}

^{(4) Conservation dite synténique.}

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