BIOSORG Maîtriser et améliorer la qualité des produits non alimentaires à base de sorgho Du gène au produit fini

Transcription

1 David Pot UMR AGAP Amélioration Génétique et Adaptation des Plantes méditerranéennes et Tropicales BIOSORG Maîtriser et améliorer la qualité des produits non alimentaires à base de sorgho Du gène au produit fini

2 Le sorgho : une espèce pleine de ressources Une espèce adaptée aux climats secs et aux faibles intrants Efficience d utilisation de l eau et des nutriments Espèce rustique : tolérances aux maladies Une zone de culture potentielle très étendue: de 8 Sud à Nord ( ha en France, 8 ha Europe) Une diversité génétique large Des outils d analyse génétique (génome séquencé ) garants d améliorations importantes des stratégies de sélection

3 Le sorgho : des filières alimentaires en place Afrique / Asie : un des piliers de la sécurité alimentaire Paille peut représenter jusqu à % de la valeur de la culture lors des années sèches Pays développés et émergents

4 Le sorgho : des filières non-alimentaires en cours de développement Production énergétique (Ethanol G, Biogaz, Thermie) Production de biomatériaux Vers une approche de bioraffinerie Ten et al : Lignin Nanotubes As Vehicles for Gene Delivery into Human Cells : Nanotubes de sorgho présentent des spécificités intéressantes par rapport aux nanotubes de carbone

5 La mise en place de filières de valorisation alimentaires et non alimentaires : des défis! Tensions entre utilisations alimentaires et non alimentaires Une plante modulable (valorisations séparées grains / organes végétatifs) Utilisation des terres non adaptées aux cultures alimentaires (H, pollution) Prise en compte de l existant!!! Analyse Socio-économique et de Cycle de vie Produire de la biomasse adaptée aux différentes utilisations Ressource Utilisation industrielle

6 Objectifs et stratégie Maîtriser la composition des différents organes du sorgho afin de l adapter aux attentes des différentes voies de valorisation Maîtrise de la qualité du produit Développer de nouveaux produits et identifier les composantes de la qualité pour les différentes utilisations Définir un idéotype industriel Traduire l idéotype Industriel en idéotype Biologique Comprendre et anticiper la mise en place des composantes de la qualité au niveau de la plante Effet du développement (âge, stade de maturité) Effet de l environnement (stress ) Sélectionner des génotypes adaptés Optimiser les outils de sélection Phénotypiques ou Génotypiques Développer des programmes de sélection adaptés

7 Des produits et des défis Des produits divers : exemples de maturité différentes Procédés Idéotype(S) Outils de caractérisation À développer À définir À développer Définis (granulés, ensilage, fourrages) Définis : lignines, digestibilité, azote À optimiser (coût / précision) Programmes de sélection Inexistant À optimiser Des produits différents, mais des cibles biologiques proches Composition et propriétés physiques de la biomasse!!!

8 Vers le développement de biocomposites à base de sorgho Des marchés importants en croissance Construction automobile Revêtement de sol / terrasse Le procédé et les questions Propriétés des fibres Optimisation du procédé Microstructure, propriétés mécaniques et durabilité des Tiges de sorgho biocomposites Corrélations Caractères biologiques / Propriété des fibres / Procédés / Performances des biocomposites et durabilité Biocomposites compound + extrusion injection Polymer matrix (PE, PP?) 8

9 Biocomposites : propriétés des fibres de sorgho, une approche ancrée sur l utilisation de la diversité génétique Stabilité thermique : Un indicateur du type de matrice à utiliser Mass (%) Perte en eau Dégradation précoce AE-8 BIOMASS- BN-8 AE-8 BIOMASS- BN-8 EUGF-8 IS9- IS-8 IS- IS-8 IS- RE- Flax (Dorez et al. ) Coir (Dorez et al. ) Sugar cane (Dorez et al. ) Bamboo (Dorez et al. ) Mass (%) EUGF-8 IS9-8 8 IS-8 IS- IS-8 IS- RE- Forte teneur en résidus à haute T (Char): intérêt pour résistance au feu? Temperature ( C) Temperature ( C) Benchmarking Caractérisation biochimique Caractérisation structurale 9

10 Biocomposites : Optimisation du procédé et caractérisation des produits finaux Optimisation du procédé Performances des biocomposites Caractérisation de la microstructure du biocomposite Durabilité des biocomposites vieillissement accéléré hygrothermique UV Corrélations avec les propriétés des fibres?

11 Qualité du produit final vs qualité de la ressource végétale. Corrélations entre digestibilité des parois cellulaires et composition Zhang et al Corrélation entre stabilité thermique et teneurs en sucres solubles y = -,89x +, R² =,8 9 9 Corrélation entre potentiel méthane et teneur en lignines

12 Des caractères / idéotypes biologiques identifiés : Comprendre leur mise en place Essais génotypes (-) et ajout de génotypes en Irrigation vs stress hydrique lors de la phase d élongation de la tige ( mois) PlatformeDIAPHEN Mauguio (fin du stress) à dates de récolte - entrenoeuds Elongation Lignification Phénologie architecture Photosynthèse / Assimilation du Carbone Analyse des entrenoeuds (Qualité) Fluorimétrie comme proxi de l assimilation de Carbone en condition de stress Ruprecht et al

13 Evolution de la composition des tiges au cours du développement : effets génétiques, traitements et stades [Saccharose] mg/g MS D - Sucrose (mg.g - ) G, Str, IN effects*** 8 D - Lignin (mg.g - ) G*, Str***, IN*** GxStr** 8 [Lignines] mg/g MS D (durant le stress) : Effets Génotype, Stress (plus de Sach/ moins de lignines lors du stress), et niveaux de l EN 8 D: sucrose (mg.g - ) G** 8 D: lignin (mg.g - ) G***, Stress**, Bloc**, IN* G G G G D (stade grain pâteux) : Effet Génotype. Effet Stress uniquement sur les lignines

14 Evolution de l anatomie des tiges au cours du développement : effets génétiques, traitements et stades Proportion de sclérenchyme dans la zone périphérique : effets Génotype et Stade significatifs. Pas d effet du Stress Identification des facteurs affectant l expression des caractères de qualité en cours C C S S G G Réseaux de gènes sousjacents à ces caractères en cours d identification (RNA seq) C C S S G G Approches de Biologie des Systèmes et de modélisation Compréhension Caractères clés Prédictions de la qualité D D

15 Améliorer l efficacité de la sélection pour les caractères affectant la qualité des produits finaux Améliorer les capacités de caractérisation phénotypique du matériel génétique Composition biochimique : de nouvelles cibles et optimisation des prédictions NIRS Anatomie : coupes, coloration et analyses d image de plus en plus automatisées Identifier les gènes contrôlant la variabilité des caractères d intérêt.. Phénotypage : Phénologie Rendement en biomasse Proportion des organes Composition des tiges (lignines, cellulose ) Histologie Dégradabilité de la biomasse Génotypage: Genotyping by Sequencing 9 ksnp

16 Des gènes liés à la variabilité des caractères d intérêt Détection d associations entre la variabilité de la teneur en lignines et la variabilité des régions chromosomiques Position sur le génome Chrom Pos(pb) LOD Gènes candidats Début Fin Fonction. 8 Phenylpropanoids /lignin TF/TF MYB TF/TF MADS Vers une boite à outil «phénotypique / génotypique» pour accélérer la sélection pour des plantes adaptées aux différentes utilisations

17 Des programmes de sélection adaptés aux nouvelles ambitions et intégrant les composantes de la qualité Des programmes capitalisant sur les génotypes élites déjà identifiés pour créer rapidement de nouvelles variétés (hybrides) Des programmes visant le développement de nouveaux parents élites pour des cibles connues Des programmes visant à prévoir les cibles futures et développer des parents élites adaptés

18 Merci à Anne Bergeret Nicolas Le Moigne Stéphane Corn Jean-Charles Benezet Lata Soccalingame (Post Doc) PTP + Lisa Perrier (PhD) + Ingrid Vilmus (Post Doc) + Vaksmann Michel + Sophia Tazi (Développement Filières) Laura Rossini (Coord BIOSORG) Maria Rosaria Stile Noemi Trabanco (Post Doc) Martina Balboni Niaba Teme Korotimi Thera (PhD) Mamoutou Kouressi BESEF Laurent Gazull Raffaella Battaglia Supports du projet : BIOSORG (Agropolis CARIPLO) Biomass For the Future (IA) MARS (Generation Challenge Programme) BCNAM (Generation Challenge Programme) 8