L'analyse du transcriptome a révélé des voies d'enrichissement et une régulation de l'expression des gènes associées à l'embryogenèse somatique chez Camellia sinensis

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 15946 (2023) Citer cet article

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Le système embryonnaire somatique stable et à haute fréquence du thé n’a pas encore été établi en raison des limitations de ses propres caractéristiques et restreint donc sévèrement la recherche génétique et le processus de sélection des plants de thé. Dans cette étude, le transcriptome a été utilisé pour illustrer les mécanismes de régulation de l’expression des gènes dans l’embryogenèse somatique des plants de thé. Le nombre de DEG pour les stades (stade intermédiaire IS)_PS (stade préliminaire), ES (stade embryonnaire)_IS et ES_PS étaient respectivement de 109, 2 848 et 1 697. L'analyse d'enrichissement a montré que les processus métaboliques des glucides étaient considérablement enrichis au stade ES_IS et jouaient un rôle clé dans l'embryogenèse somatique, tandis qu'une capture améliorée de la lumière dans le photosystème I pourrait fournir la base matérielle des glucides. L'analyse des voies a montré que les voies enrichies dans le processus IS_PS étaient bien inférieures à celles de ES_IS ou ES_PS, et que la photosynthèse et la voie des protéines d'antenne photosynthétiques des DEG au stade ES_IS ou ES_PS étaient particulièrement enrichies et régulées positivement. Les voies clés de la photosynthèse et des protéines d’antenne de la photosynthèse ainsi que le gène Lhcb1 ont été découverts dans l’embryogenèse somatique des plants de thé. Ces résultats ont été d'une grande importance pour clarifier le mécanisme de l'embryogenèse somatique et la recherche sur la sélection des plants de thé.

L'embryogenèse somatique est un mode de stimulation de la totipotence des cellules végétales1 et est considérée comme la voie morphogénétique la plus efficace pour la reproduction des plantes2. L’embryogenèse des gymnospermes, une avancée majeure dans la culture de tissus végétaux à la fin du XXe siècle3,4, offre de nombreux avantages par rapport à la différenciation des organes en tant que méthode de régénération végétale. Ces avantages comprennent un nombre élevé d'embryons, un développement rapide, une intégrité structurelle et un taux de régénération élevé5,6,7. En conséquence, l’embryogenèse des gymnospermes a trouvé de nombreuses applications dans divers domaines, servant de système de régénération végétale fiable et efficace et de système receveur idéal pour la transformation génétique8,9.

Les aspects de biologie moléculaire et de bioinformatique de l'embryogenèse somatique végétale ont été largement explorés afin d'élucider les mécanismes impliqués. La formation d'embryons somatiques chez le poivron (Capsicum annuum) a été stimulée par le régulateur du développement PLETHORA (PLT5) par culture tissulaire in vitro10. Chez la plante modèle Arabidopsis thaliana, il a été étudié que l’embryon somatique provenait de l’ébauche de la feuille située à côté du méristème apical de la tige, et le traitement par l’hormone de croissance pourrait induire efficacement des réponses embryogènes dans les explants cultivés in vitro11,12. L'analyse du transcriptome a été utilisée pour remédier au faible taux de reproduction de la pivoine (Peaonia ostii) et a révélé que les gènes déterminant le destin cellulaire et la division cellulaire dominaient la formation d'embryons somatiques chez la pivoine13. Les données transcriptomiques du tissu de guérison embryonnaire de maïs (Zea mays L.) et des embryons somatiques ont été étudiées pour révéler les voies de signalisation hormonale et la régulation transcriptionnelle associées à l'embryogenèse somatique14.

Camellia sinensis (L.) O. Kuntze est une plante vivace à feuilles persistantes appartenant à la famille des Camelliaceae15. Il est cultivé depuis des siècles et ses feuilles de thé sont très appréciées pour leur valeur économique. Les plants de thé possèdent des métabolites secondaires caractéristiques tels que les polyphénols du thé16, les catéchines et la caféine17, qui présentent de nombreux avantages pour la santé18, comme la prévention du cancer et le traitement des maladies cardiovasculaires19. Les plants de thé sont auto-incompatibles et non affiliés, ce qui conduit à leur degré élevé d'hétérozygotie20,21. Les méthodes traditionnelles de sélection du thé présentent les inconvénients d’être à forte intensité de main d’œuvre, de cycles de sélection aveugles et longs22,23, tandis que l’introduction de techniques moléculaires modernes peut accélérer le processus de sélection de bonnes variétés de thé24,25,26,27. La mise en place d’un système d’embryogenèse somatique à haute fréquence pour le thé revêt une importance pratique considérable. Il permet la conservation in vitro d’excellentes ressources génétiques de thé et le développement de systèmes de transformation génétique et de systèmes transgéniques pour les plants de thé.