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Le développement d’une agriculture durable et l’utilisation des plantes pour l’énergie tirée de la biomasse et la chimie verte nécessitent que l’ingénierie biochimique végétale recanalise le métabolisme des plantes. Ces objectifs sont actuellement entravés par notre compréhension réduite des étapes critiques qui contrôlent les réseaux métaboliques complexes des plantes et par l’absence d’une vision intégrée et dynamique du métabolisme des plantes. En effet, plusieurs études ont montré que la manipulation d’une seule étape métabolique ne pouvait conduire à des améliorations significatives de la production de biomasse végétale et que, plutôt, le corpus complexe de voies métaboliques interagissant entre elles devait être considéré dans son ensemble. Bien que des efforts intenses aient été dédiés aux empreintes métaboliques intégratives et à la métabolomique au cours des 10 dernières années, la mesure des flux métaboliques des métabolismes primaires (ex. assimilation du C, N, S ou production de lipides) au travers de voies multiples (fluxomique) est un prérequis pour identifier les cibles enzymatiques (multiples) ou les couloirs d’étranglement métaboliques qui nécessitent une amélioration. Cette approche devrait permettre de prédire comment augmenter le rendement végétal tout en réduisant les intrants, améliorer la biomasse végétale pour les biocarburants et la qualité des graines, etc. Les molécules d’origine végétale, en particulier la cellulose et les lipides, sont des substituts en application dans les domaines de l’énergie et de la chimie verte. On trouve plus de 300 acides gras différents dans les plantes. Leurs propriétés physiques et leur réactivité chimique présentent un fort intérêt pour la synthèse de nouveaux composés. On trouve les acides gras dans les produits de consommation (alimentation, savon, détergents) ou industriels (solvants, huiles, vernis, encre). Par exemple, les acides dicarboxyliques produits par l’oxydation chimique ou biologique de l’acide oléique peuvent être utilisés pour la fabrication du nylon. Les obstacles à l’utilisation des lipides végétaux vont de l’identification complète des molécules pertinentes chez diverses espèces à l’étude des mécanismes qui gouvernent leur accumulation (identification des gènes de régulation, déchiffrage des réseaux d’interactions) et des méthodes permettant leur extraction et leur traitement. Il est également nécessaire de développer des sources durables d’acides gras importants sur le plan nutritionnel, tels que ceux qui dérivent de l’huile de poisson. Il existe une prise de conscience grandissante de l’intérêt de la nutrition et une forte demande en protéines avec une bonne valeur nutritionnelle (composition équilibrée en acides aminés, contenu en acides aminés essentiels dépourvus d’allergénicité). La compréhension des mécanismes qui gouvernent l’accumulation des protéines de réserve et l’amélioration de leur qualité sont également des questions importantes. Enfin, le nouveau modèle de Poacée Brachypodium est adopté pour la recherche sur les parois dans la perspective de la production de biomasse. Etant donné sa proximité évolutive, cette espèce permettra un transfert aisé vers la recherche sur le blé. La séquence 4x du génome est disponible et une séquence 8x va être publiée prochainement. L’INRA finance le développement de nouveaux outils génomiques pour cette espèce (protocoles de transformation efficaces, collections d’insertions et population de Tilling, contribution au compendium du transcriptome).

Exemple de questions scientifiques importantes dans ce domaine

• Structure et régulation des voies métaboliques (biosynthèse, transport et stockage)
• Biosynthèse de biomasse adaptée à la production d’énergie (ex. lignocellulose, huile, sucres)
• Molécules spécifiques pour la chimie verte (ex. lignocellulose, huile, lipides, protéines, sucres)
• Production de métabolites secondaires et de protéines de haute qualité pour la nutrition et la santé