Général
Le riz est une céréale fondamentale dans l’alimentation de nombreuses populations du monde, notamment en Asie et en Afrique. Son développement, l’architecture de la partie aérienne de la plante, mais aussi la qualité et la quantité des grains produits sont contrôlés par un programme génétique strict. Le séquençage de son génome, et la meilleure connaissance de ses gènes permettront alors aux sélectionneurs d’accroître le rendement et de créer de nouvelles variétés résistantes aux maladies, à la sécheresse ou à la salinité. D’une manière plus générale, le riz est aussi devenu la céréale modèle pour les recherches sur l’un des deux groupes de plantes à fleurs, les monocotylédones cultivées.
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Nom : Oryza sativa L. , riz cultivé d’origine asiatique (Deux sous espèces , japonica et indica).
Une autre espèce, Oryza glaberrima, d’origine Africaine et cultivée uniquement sur ce continent, est aussi étudiée. - Classification phylogénétique : céréale de la famille des poaceae
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Le premier génome séquencé de haute qualité a été celui de la variété japonica tempérée Nipponbare de O. sativa en 2004. Depuis le génome de l’espèce Africaine O.glaberrima a été séquencé ainsi que celui de 8 espèces sauvages apparentées.
Le génome de 3000 accessions de riz est également disponible (couverture moyenne de 14x) avec une base de données dédiée pour la détection de SNPs. -
Taille du génome : 389 millions de paires de bases sur 12 chromosomes.
Nombre de gènes prédits : environ 37 000.
Reproduction
Période de reproduction : toute l’année en conditions tropicales
Cycle de développement : 90-120 jours
La pollinisation est de type autogame : les organes femelles et mâles se trouvent sur la même fleur (6 étamines et un ovaire contenant un ovule). Le développement de la plante commence par la fertilisation de l’ovule par un gamète mâle issu d’un grain de pollen afin de former un zygote. Le développement de la plante peut ensuite être divisé en trois phases : l’embryogenèse, et les phases végétative et reproductive. C’est durant l’embryogenèse qu’une grande part de l’architecture de la plante est établie. Le zygote subit plusieurs divisions cellulaires sans événement morphogénétique. Par la suite, l’axe principal de la plante, son méristème apical et son méristème racinaire se différencient. Le méristème apical est le siège de divisions cellulaires intenses afin de permettre à la tige de croître tout en formant les bourgeons axillaires empilés de façon alternée au niveau d’une succession de noeuds.
Après la germination de la graine, la plante subit un développement dit végétatif et produit une tige constituée de feuilles engainées. Des tiges latérales de la plante se forment ensuite à partir des bourgeons axillaires portés par les nœuds, au cours d’un processus appelé tallage. Sous terre, la racine séminale se développe et émet des racines latérales. Durant cette phase, la tige continue à grandir et des racines adventives sont produites au niveau des noeuds. La phase reproductive, qui succède à une phase d’allongement des entre nœuds -ou montaison- marque un changement dans l’identité du méristème apical : de méristème végétatif, il devient méristème inflorescentiel, et les différents organes reproducteurs se forment.
Outils
- Transformation génétique d’un grand nombre de variétés possible avec une fréquence élevée par rapport aux autres céréales
- Possibilité d’extinction de gènes par RNAi ou amiRNA
- Possibilité d’inactivation ou de knock-in ciblé d’un gène de riz par recombinaison homologue et contre sélection des évènements de recombinaison illégitime (mais fréquence faible)
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Mutagenèse aléatoire, insertionnelle (collections de lignées de mutants d’insertion de riz disponibles)
- (600 000 lignées avec 300 000 inserts positionnés sur le génome) -
Outils d’édition du génome disponibles et très efficaces (@ 80-100% d’édition biallélique):
- CRISPR/Cas9
- CRISPR/Cas12a(Cpf1)
- mutations ou délétion ciblées
- modification de nucléotides : Base editing (efficacité 30-40%), Prime editing (en développement). - Remplacement de nucléotides, de domaines ou de gènes en développement (efficace pour des gènes devenant sélectionnables, type tolérance à un herbicide, ALS).
- Outils bioinformatiques
- Outils de criblage génétique (comme le TILLING pour cribler de grandes collections de mutants)
- Analyses transcriptomiques
- Grande quantité de marqueurs moléculaires de type microsatellites
- Identification de polymorphismes de type SNPs
- Core-collections, population de lignées de substitution segmentales et population de lignées recombinantes
Bases de données
Site généraliste sur le riz :
https://shigen.nig.ac.jp/rice/oryzabase/
Genome browsers :
https://rice-genome-hub.southgreen.fr/
http://signal.salk.edu/cgi-bin/RiceGE
Recherche d’orthologues :
https://www.greenphyl.org/cgi-bin/index.cgi
Expression des gènes :
http://ricefrend.dna.affrc.go.jp/
http://expression.ic4r.org/ (Rice Expression Database (RED))
https://ricexpro.dna.affrc.go.jp
Pangénomique :
http://cgm.sjtu.edu.cn/3kricedb/
http://literature.ic4r.org/article/index (biblio)
Génomique comparative chez les céréales :
https://bioinformatics.psb.ugent.be/plaza/versions/plaza_v4_5_monocots/
Infrastructures
- Laboratoire Génome et Développement des Plantes - UMR5096 – CNRS – Université de Perpignan Voie Domitienne (UPVD)
- O. Panaud (direction)
- http://lgdp.univ-perp.fr/
- Perpignan
- Diversité, Adaptation et développement des Plantes (DIADE) - UMR 232 IRD, Université de Montpellier (UM), Cirad, CNRS
- Y. Vigouroux (direction) - H. Etienne
- http://diade.ird.fr
- Montpellier
- Institut Amélioration Génétique et Adaptation des Plantes Méditerranéennes et tropicales (iAGAP) - UMR 1334 Cirad, INRAe, Institut Agro Montpellier, Université de Montpellier (UM)
- C. Billot (direction), E. Costes, J. Ronfort, M. Ruiz, G. Trouche
- http://umr-agap.cirad.fr/
- Montpellier
- Institut des Sciences des Plantes Paris Saclay (IPS2) - UMR 8618 Université Paris Saclay, CNRS, INRAe
- M. Crespi (direction), A. Bendhamane, M. Dufresne, A. Charpentier
- http://ips2.u-psud.fr/fr/index.html
- Saclay
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Plant Health Insitute of Montpellier (PHIM),
UMR Biologie et Génétique des Interactions Plante-Parasite (BGPI) et
UMR Interactions Plantes Microorganismes Environnement (IPME) - Cirad/INRAE/Montpellier SupAgro - J-B. Morel (direction) et G. Béna
- http://umr-bgpi.cirad.fr/
- https://umr-ipme.ird.fr/
- Montpellier
Experts
- Emmanuel GUIDERDONI
- emmanuel.guiderdoni@cirad.fr
- Unité mixte iAGAP (Institut Amélioration Génétique et Adaptation des Plantes), Montpellier
Bibliographie
- Articles
« Rice Plant Development: from Zygote to Spikelet », Jun-Ichi Itoh et al., Plant Cell Physiol, 2005
Matsumoto, T., Wu, J., Itoh, T., Numa, H., Antonio, B., and Sasaki, T. (2016) The Nipponbare genome and the next-generation of rice genomics research in Japan. Rice (N Y), 9.
Wang, M., Yu, Y., Haberer, G., Marri, P.R., Fan, C., Goicoechea, J.L., et al. (2014) The genome sequence of African rice (Oryza glaberrima) and evidence for independent domestication. Nature Genetics, 46, 982–988.
Wang, W., Mauleon, R., Hu, Z., Chebotarov, D., Tai, S., Wu, Z., et al. (2018) Genomic variation in 3,010 diverse accessions of Asian cultivated rice. Nature, 557, 43–49.
Li, Y., Xiao, J., Chen, L., Huang, X., Cheng, Z., Han, B., et al. (2018) Rice Functional Genomics Research: Past Decade and Future. Mol Plant, 11, 359–380.
Mishra, R., Joshi, R.K., and Zhao, K. (2018) Genome Editing in Rice: Recent Advances, Challenges, and Future Implications. Front. Plant Sci., 9.
Meynard D, Vernet A, Meunier AC, Mieulet D, Bès M, Portefaix M, Breitler JC, Périn C, Guiderdoni E. 2020. Thirty years of genome engineering in rice: from gene addition to gene editing. In Annual Plant Reviews Online, J. Roberts, ed. (John Wiley & Sons, Ltd), pp. 1–76.
- Ressources web