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Les protéines végétales : enjeu majeur pour l’alimentation et la santé

La production mondiale de blé est utilisée pour environ 80% après transformations industrielles. Ces transformations nécessitent pour la plupart une concentration en protéines importante que peut compenser une composition spécifique en protéines adaptée aux différents usages. Les protéines de réserve, gluténines et gliadines, constituent environ 80% des protéines totales du grain. Elles s’agglomèrent lors de l’hydratation et du pétrissage de la farine et forment le réseau de gluten. Les conditions environnementales peuvent impacter les différentes étapes de maturation de ces protéines de réserve.

Si le gluten confère à la pâte ses propriétés visco-élastiques, il peut générer des problèmes de santé (maladie cœliaque, allergies ou hypersensibilité). Le blé est un élément de base de l’alimentation humaine dont les protéines couvrent près de 20% de nos besoins. Nous abordons aujourd’hui une transition vers une alimentation durable où la part des protéines végétales consommées augmente au détriment des protéines animales. Les protéines du blé sont donc importantes pour la qualité technologique et pour la santé. Par conséquent, leur concentration, leur composition et leur maturation constituent un objet de recherche essentiel.

Dans ce contexte, il est nécessaire d’analyser finement les propriétés du grain pour répondre conjointement aux enjeux technologiques (attentes des transformateurs) et santé (attentes des consommateurs) sachant que la concentration en protéines est corrélée négativement au rendement en grain mais qu'il existe une variabilité génétique pour l’écart à cette relation comme il existe également une variabilité génétique quant à la composition. Enfin une meilleure qualité doit être atteinte en diminuant l’impact environnemental et sanitaire des cultures et en prenant en compte les composantes du changement climatique. A côté de solutions agronomiques, liées en particulier aux pratiques culturales, l’amélioration des plantes peut proposer des solutions en sélectionnant des variétés à plus forte concentration en protéines et/ou une composition adaptée et montrant une grande stabilité pour ces caractéristiques.

Dans ce contexte, l’enjeu du projet de l’équipe est de développer des connaissances et des outils pour faciliter la sélection de variétés de blé tendre répondant aux critères de qualité et adaptées aux nouveaux contextes de production en identifiant (1) des caractères phénotypiques et leur variabilité génétique, et (2) des marqueurs moléculaires et des gènes liés à ces traits ou à leurs composantes.

Une stratégie à différentes échelles pour maîtriser la qualité des protéines dans le grain

Dans ce cadre, les questions de recherche prioritaires qui sont développées concernent le déterminisme génétique et l’étude des mécanismes moléculaires qui, en interaction avec l’environnement abiotique, contrôlent (1) la concentration (2) la composition et (3) la maturation des protéines du grain de blé tendre.

La stratégie de recherche présente trois grandes étapes. (1) Des approches globales de criblage de collections génétiques permettant de quantifier la variabilité et d’identifier des comportements diversifiés en interaction avec les variations de l’environnement les plus déterminantes (nutritions azotée et soufrée, contraintes thermique et hydrique), et du fond génétique (des lignées contrastées). (2) Des gènes candidats sont identifiés par des approches de génétique quantitative (génétique d’association), des constructions de réseaux combinant des informations à plusieurs échelles (protéome, transcriptome) et des cribles moléculaires (double-hybride, blue native page). (3) Les candidats issus de ces approches sont validés fonctionnellement à l’aide de variants (transgéniques, TILLING, NILs) et d’analyses moléculaires et cellulaires pour comprendre les mécanismes sous-jacents aux phénotypes observés. En fonction des cibles, les actions de recherche se placent à différentes étapes de cette stratégie. Cette démarche globale permet d’identifier des traits agronomiques et les marqueurs moléculaires qui leur sont associés.

Dans ce contexte, les activités de l’équipe QualiGrain se déclinent selon trois axes de recherche :

Axe 1 – Augmenter la concentration en protéines et la valeur nutritionnelle

Axe 2 – Maitriser la composition en protéines pour l’adapter aux usages

Axe 3 – Explorer la voie UPR en lien avec la maturation des protéines

L’équipe s’appuie principalement sur des projets financés par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR), le Fond de Soutien à l’Obtention Végétale (FSOV), France Agrimer et l'Union Européenne : liste des projets.