Projet H2020 TOMACOP : Homéostasie du cuivre et effets d'une carence en cuivre sur les plants de tomates et la qualité des fruits
- Taper Projet
- État Rempli
- Exécution 2019 -2021
- Budget alloué 170.121,6 €
- Portée Europeo
- Principale source de financement H2020
- Site Web du projet TOMACOP
Nous avons évalué les changements physiologiques et biochimiques de la plante en conséquence de la croissance de la plante sous une disponibilité sous-optimale de Cu au moyen d'essais in vitro, hydroponiques et en serre. La longueur des racines et des pousses a été considérablement réduite, ainsi que le poids sec et la biomasse par plante. Le nombre de fleurs et le rendement total ont également diminué en raison des conditions de carence en Cu. En termes de qualité externe des fruits et d'état nutritionnel, la faible disponibilité du Cu n'a pas modifié l'évolution de la couleur au cours du processus de maturation des fruits, mais elle a accéléré le taux de ramollissement des fruits et augmenté l'acidité interne après la récolte. À son tour, ce stress a augmenté la capacité antioxydante du fruit, probablement en raison de la teneur accrue en vitamine C, mais a eu peu d’effet sur la teneur totale en phénols, flavonoïdes et lycopène. De plus, l’incidence de la fissuration des fruits et la sensibilité à l’infection par des agents pathogènes ont augmenté dans les fruits récoltés à partir de plantes cultivées dans des conditions de carence en Cu. Enfin, les teneurs en micronutriments importants pour la santé humaine, tels que le Cu et le Fe, ont été modifiées en réponse aux conditions de stress liées à une carence en Cu.
Ces résultats ont été divisés en deux manuscrits différents et présentés lors de symposiums internationaux et de plusieurs séminaires de diffusion.
Nous avons également étudié les mécanismes moléculaires sous-jacents à la réponse au stress dû à une carence en Cu dans les plants et les fruits de tomates. Six membres de la famille des transporteurs de cuivre (SlCOPT1-6) ont été identifiés et leurs structures secondaires et tertiaires, ainsi que le réseau d'interaction potentiel et les modèles d'expression génétique, ont été analysés. De plus, nous avons évalué sa fonctionnalité à l’aide de tests d’expression de complémentation de levure. Ces résultats indiquent que SlCOPT1 et SlCOPT2 sont pleinement fonctionnels et que les COPT sont exprimés de manière plus omniprésente dans les tissus des plantes et des fruits. En revanche, l’expression de SlCOPT3 et SlCOPT5 est spécialisée dans les tissus de la tige et du fruit. Ces résultats ont déjà été publiés (10.1016/j.ijbiomac.2021.10.032) et présentés à la 6e Conférence internationale ABS dans le cadre d'un article invité. En parallèle, nous avons comparé le transcriptome de différents tissus (racine, tige, feuille et fruit) de plantes cultivées dans des conditions de suffisance et de carence en Cu.
Les résultats du séquençage de nouvelle génération ont révélé un ensemble de réponses communes visant principalement à augmenter l’absorption de Cu dans la racine et à améliorer sa mobilisation vers les parties supérieures de la plante.
Le principal SlCOPT remplissant ces fonctions était SlCOPT2, ce qui indique que ce transporteur de Cu est la cible la plus plausible pour l'amélioration biotechnologique de l'absorption et de la distribution de Cu dans les plants de tomates à l'aide de technologies d'édition du génome. Ces résultats seront publiés dans deux manuscrits distincts. D'autre part, l'analyse transcriptomique comparative des fruits récoltés au stade de maturation rouge (commercial) a révélé que cet organe ne régule pas un grand nombre de processus biologiques en réponse au stress dû à une carence en Cu. Ces données sont très précieuses, car elles nous ont permis d’identifier les spécificités des fruits dans la régulation des gènes liés à l’homéostasie du Cu. Cela présente un potentiel biotechnologique prometteur pour améliorer/optimiser la teneur en micronutriments de ce produit, ce qui pourrait avoir un impact sur l’alimentation humaine et, par conséquent, sur la santé humaine.
Le cuivre (Cu) est un micronutriment vital qui agit comme une arme à double tranchant chez les êtres vivants, car il s'agit d'un cofacteur redox actif essentiel aux processus biologiques, mais il est toxique en excès. Des niveaux sous-optimaux de Cu dans l’alimentation humaine peuvent entraîner un développement neurologique altéré et des troubles métaboliques. Chez les plantes, le Cu joue un rôle important dans les processus clés. Par conséquent, les plantes sont également sensibles à la biodisponibilité du Cu dans le sol.
Par conséquent, de faibles niveaux de Cu peuvent affecter le développement et la viabilité du pollen, ainsi que la régulation des réponses à la carence en fer, mais sa toxicité provoque des dommages à l'ADN, une chlorose et une inhibition de la croissance des racines, entre autres symptômes. Étant donné que les carences ou les excès nutritionnels des plantes sont transmis aux consommateurs, il est essentiel de déchiffrer les mécanismes de régulation sous-jacents à l’absorption et à la distribution du Cu dans les produits comestibles pour prévenir les niveaux déficients ou toxiques de Cu dans les cultures horticoles qui peuvent finalement affecter la santé humaine. En outre, en Europe, environ 20 % des terres arables sont classées comme carencées en Cu, ce qui a été compensé par l’utilisation d’engrais enrichis en Cu. L’UE prévient toutefois que cette pratique entraîne des coûts environnementaux élevés et compromet la sécurité alimentaire des consommateurs.
TOMACOP visait à étudier les effets d'une faible disponibilité de Cu dans le sol sur la croissance et le développement des plantes et sur l'état nutritionnel et la qualité des fruits en utilisant la tomate (Solanum lycopersicum) comme système expérimental. Les principaux résultats indiquent qu’une faible disponibilité de Cu a eu des conséquences néfastes sur la croissance et le rendement des plantes et a réduit la valeur micronutritionnelle, la commercialisation et la qualité post-récolte des fruits.
La caractérisation des composants liés à l’homéostasie du Cu et l’identification des spécificités tissulaires dans les mécanismes moléculaires régulant l’absorption du Cu chez cette espèce ont fourni des indices importants pour les futures améliorations biotechnologiques visant à résoudre le défi auquel est confrontée l’agriculture de l’UE.
Le cuivre (Cu) est un micronutriment vital qui agit comme une arme à double tranchant chez les êtres vivants, car il s'agit d'un cofacteur redox actif essentiel aux processus biologiques, mais il est toxique en excès. Chez l’homme, le cuivre est acquis par l’alimentation et sa carence ou son excès provoque des maladies graves. Les plantes sont également sensibles à la biodisponibilité du Cu dans le sol, et leurs carences ou excès nutritionnels sont transférés aux consommateurs.
Par conséquent, il est essentiel de déchiffrer les mécanismes de régulation sous-jacents à l’absorption et à la distribution du Cu dans les produits comestibles pour prévenir les niveaux déficients ou toxiques de Cu dans les cultures horticoles qui pourraient à terme affecter la santé humaine. En outre, en Europe, environ 20 % des terres arables sont classées comme carencées en Cu, ce qui a été compensé par l’utilisation d’engrais enrichis en Cu. L’UE prévient toutefois que cette pratique entraîne des coûts environnementaux élevés et compromet la sécurité alimentaire des consommateurs.
TOMACOP étudiera les effets de la carence en Cu sur la croissance et le développement des plantes, ainsi que sur l'état nutritionnel et la qualité des fruits, en utilisant la tomate (Solanum lycopersicum), l'une des cultures les plus importantes au monde. La caractérisation des composants de l’homéostasie du Cu et l’identification des spécificités tissulaires dans les mécanismes moléculaires régulant l’absorption du Cu fourniront des indices importants pour les futures améliorations biotechnologiques visant à résoudre le défi auquel est confrontée l’agriculture de l’UE.
Cette proposition aborde un sujet important pour l’agriculture et la science alimentaire mondiales grâce à des technologies de pointe développées au cours de cette recherche. D’une part, ce projet fournit des résultats qui contribueront à optimiser les conditions de culture de la tomate et, par conséquent, à réduire la perte de qualité nutritionnelle et externe du fruit et, par conséquent, la perte de valeur économique des fruits frais.
De plus, les résultats obtenus à ce jour établissent des connaissances de base sur les plants et les fruits de tomates pour le développement futur de stratégies biotechnologiques visant à améliorer la résilience à la carence/toxicité en Cu. De plus, ces résultats ouvrent de nouvelles pistes de recherche axées sur la résistance aux maladies en améliorant la teneur en Cu dans les fruits, ce qui conduira à une réduction de l'utilisation de pesticides et à une meilleure compréhension des mécanismes d'incidence de la fissuration des fruits, qui affecteront la commercialisation des fruits et le gaspillage alimentaire.
Les composantes de recherche appliquée et fondamentale font partie intégrante des stratégies actuellement promues par l’UE, comme le reflète Horizon 2020, qui désigne la sécurité alimentaire, l’agriculture durable et l’efficacité des ressources comme des défis sociétaux clés.
De plus, l’application de la recherche fondamentale à l’amélioration des cultures tolérantes au stress Cu représente un défi crucial pour la sécurité alimentaire dans un contexte mondial où le Cu est soit un nutriment déficient dans le sol, soit un élément toxique accumulé à la suite d’une utilisation irresponsable d’engrais.
Alors que la population mondiale continue de croître et que l’espérance de vie augmente également rapidement, il est non seulement important pour la santé humaine d’augmenter la production alimentaire, mais aussi d’améliorer sa qualité. L’application réussie des connaissances fondamentales issues de la phytologie et de la génomique sera cruciale pour la sécurité alimentaire et l’agroalimentaire à l’échelle mondiale. Cette recherche translationnelle pour la production durable d’aliments plus sains et de meilleure qualité est une contribution visible de la science végétale non seulement à la société européenne, mais aussi à la société mondiale.
- CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTIFICAS (CSIC)
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