L'analyse comparative du transcriptome de novo identifie les gènes sensibles au stress de la salinité et les voies métaboliques de la canne à sucre et de son relatif sauvage Erianthus arundinaceus [Retzius] Jeswiet

La canne à sucre est une récolte axée sur l'industrie cultivée sous les tropiques et les subtropiques du monde.La canne à sucre est une source potentielle de matériaux de base pour la fabrication de produits de sucre, d'éthanol, de bioénergie et de biodégradable. Traditional sweeteners such as jaggery, khandsari, and brown sugars having immense medicinal value are also produced from sugarcane^1,2.À l'échelle mondiale, la canne à sucre a été cultivée en 28.19 millions d'hectares qui ont produit 2059.74 millions de tonnes de cannes avec une productivité de 72.80 t/ha during 2019³.En Inde, la canne à sucre a été cultivée dans 5.06 millions d'hectares et 405.42 millions de tonnes ont été produites avec une productivité de 80.10 tonnes/hectare during 2019³.La croissance, la productivité et la qualité du jus de la canne à sucre sont affectées par les stress abiotiques à savoir., froid, salinité et sécheresse. Nearly 10% of arable land or 25–30% of irrigated lands were affected by salinity in the world⁴. After the advent of modern agriculture, soil salinity has become a major environmental issue and underground water used for irrigation also contributes to the soil salinity⁵. Sugarcane is highly sensitive to salinity⁶ and affects both biomass accumulation and juice quality parameters⁷.Par conséquent, le développement de variétés tolérantes salines, de pools de gènes et de ressources génomiques est utile pour l'amélioration des cultures de canne à sucre à travers des approches conventionnelles et biotechnologiques.

The sessile plants are sensing the salinity stress-induced osmotic and ionic stresses through the activation of calcium signalling and salt-overly sensitive pathways for exclusion of sodium^8,9. Glycosyl inositol phosphoryl ceramide sphingolipids are also involved in the sensing of salinity stress¹⁰. The salinity stress firstly reduces the water uptake causing the salinity-induced osmotic stress and secondly, increases the concentration of cytotoxic ions which causes ionic stress^5,10. The plant possesses several mechanisms to tolerate the salinity stress such as (i) accumulation of low molecular weight, water-soluble free state compounds (proline, betaine, water-soluble sugars) which help in the maintenance of osmotic adjustment and plant metabolic activities (ii) selective ion-uptake such as the exclusion of sodium and maintaining higher cytosolic K⁺/Na⁺ (iii) nullifying the effect of ROS by enzymes such as catalase, SOD and APX (iv) salinity-tolerant genes associated with sodium-hydrogen antiporter activities of vacuolar membrane, plasma membrane and, genes related to ROS scavenging enzymes¹¹. Besides, many gene networks related to signal transduction, hormone signalling, biosynthesis of secondary metabolites, amino acids and transporters significantly contribute to the salinity tolerance mechanisms in plants¹². The comparative global gene expression studies are certainly helping to dissect the various genes and metabolic pathways associated with salinity or abiotic stress tolerances in plants¹³.

Relatif sauvage de la canne à sucre E. arundinaceus is a potential donor for many genes related to biomass and tolerance to biotic and abiotic stresses^14,15,16.Introgression de nombreux gènes de e. arundinaceus into sugarcane through conventional and biotechnological approaches has improved the agronomic performance of sugarcane varieties^17,18.Nous avons isolé, caractérisé et surexprimé de nombreux gènes de e. arundinaceus such as heat shock protein 70^14,19, DREB2²⁰, glyoxalase gene¹⁵, α-expansin 1²¹ and chilling tolerant divergence 1 (COLD1) gene²², which shows the genetic importance of E.arundinaceus dans l'amélioration des tolérances aux stress biotiques et abiotiques dans la canne à sucre. There were several RNASeq studies in sugarcane for many traits such as agronomic traits, cold stress, sucrose, lignin, red stripe and smut disease except for salinity tolerance^{23,24,25,26,27,28}.Par conséquent, nous avons effectué les études comparatives du transcriptome de sel pour identifier les gènes sensibles au stress de la salinité et les voies métaboliques dans la tolérance au sel E.Arundinaceus Accession IND99-907 collected from saline soils Ernakulum district, Kerala, India²⁹ and salt-sensitive genotype Co 97010^30,31.À partir de cette étude, nous avons identifié de nombreux gènes exprimés différentiellement, enrichi les voies métaboliques et les termes GO associés à la tolérance au sel dans la tolérance au sel E.Arundinaceus Accession IND99-907.Nos études ont montré l'enrichissement de 27 voies, 24 processus biologiques, trois fonctions moléculaires et un composant cellulaire dans IND99-907 par rapport à 20 voies, deux processus biologiques sans fonction moléculaire significative et composants cellulaires dans le CO 97010 (FDR ≤ 0.05), qui spécifie le modèle d'expression unique et distinct des gènes et des voies métaboliques régulant la contrainte de salinité dans IND99-907 et CO 97010.Les ressources génomiques développées à partir de cette étude sont utiles dans l'amélioration des cultures de canne à sucre grâce au développement de marqueurs géniques et d'approches biotechnologiques avancées.