Analyse NGS de transcriptomes différentiellement exprimés dans les tissus de banane (Musa sp.) et identification des gènes potentiellement associés au processus du dégrain.

Type de poste
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Contrat non renouvelable
Date de prise de fonction
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Adresse

Montpellier
France

Contacts
Marilyne Summo
Didier MBEGUIE-A-MBEGUIE
Email du/des contacts
marilyne.summo@cirad.fr
didier.mbeguie-a-mbeguie@cirad.fr
Description

1.     Contexte

 

1.1.    Le contexte

La production bananière constitue une part très importante de l’activité économique aux Antilles Françaises, mais quasiment seule la variété Cavendish, produit générique, est exportée dans un contexte concurrentiel très difficile. Cette variété est, en effet, produite à moindre coût par la concurrence, et, par conséquent, sans soutien actuel à l’exportation, la filière se trouverait en position de forte crise. Pour sortir de cette situation, il s’avère désormais indispensable de proposer au consommateur des variétés nouvelles, typiques, attractives, labellisables, différentes de la Cavendish, de façon à occuper de nouvelles niches commerciales mieux valorisantes.

Des efforts de création de nouvelles variétés de banane ont été faits ces dernières années, mais ils ont principalement porté sur la production de nouvelles variétés résistantes à des agents pathogènes du bananier. Les critères de qualité organoleptique nutritionnelle et fonctionnelle (liée aux contraintes de mise en marché) n’ont été jusque là que très peu pris en compte dans la démarche de création variétale, et beaucoup reste à faire dans ce domaine de la qualité du fruit.

La proposition de variétés nouvelles présentant des caractéristiques qualitatives améliorées passe par la mise à la disposition, par une approche gène candidat, des améliorateurs et des sélectionneurs de marqueurs moléculaires pertinents ayant trait aux différents paramètres de qualité le plus pertinents. Pour cela les mécanismes impliqués dans l’élaboration de la qualité doivent être compris et les bases physiologiques impliquées dans l’élaboration de ces critères connues au mieux de façon à proposer des gènes candidats correspondants.

 

1.2.    Etat de l’art

Dans une approche intégrée de physico-chimique et biologie moléculaire, des travaux ont été initiés afin d’aborder les processus physiologiques potentiellement impliqués dans l’expression du dégrain (rupture naturelle entre le pédoncule et le reste du fruit). Ce phénomène, couramment observé chez la banane, constitue, pour certaines variétés, une des caractéristiques majeures de leur processus de maturation. Le dégrain est un des critères de qualité fonctionnelle à fort impact économique sur la production bananière. En effet, la banane est généralement vendue par « grappe ou main » de 4 à 9 fruits reliés les uns aux autres par le coussinet. Les fruits désolidarisés du coussinet à la suite du dégrain sont systématiquement écartés du circuit de commercialisation. Couplé à la meurtrissure, le dégrain est apparu comme étant un des freins majeurs au développement des nouvelles variétés de banane issues du programme de création variétale du CIRAD (Daribo et al., 2007). En dépit de cet impact économique, le dégrain comme critère de qualité, ou en l’occurrence comme défaut, n’a que très peu été étudié chez la banane.

La caractérisation physicochimique appliquée aux différentes variétés de banane diploïdes issues d’une collection de travail a permis d’identifier deux variétés contrastées en terme de dégrain (Hubert et al., en préparation): Pisang Lilin : diploïdes acuminata à l’origine des variétés cultivées triploïdes: groupes des Khaï de type « dessert »  et sensible au dégrain,

Galéo : diploïdes acuminata de type « dessert »  et résistante au dégrain. Ce dernier clone est par ailleurs un des parents utilisé dans la création de population destinées aux études de génétiques poussées.

Les ADNC ont été obtenus, pour chacune des variétés, à partir d’ARN totaux extraits des tissus de peau (zone dégrain et zone contrôle) et de pulpe de fruit pris à la récolte (avant induction de la maturation) et 2 jours après induction de la maturation par un traitement à l’acétylène. Le séquençage de ces ADNc par Illumina Automated RNA Seq a permis de générer 36 jeux de données (2 variétés x 3 tissus x 2 stades x 3 répétions biologiques) actuellement disponibles.

L’analyse ces données de séquençage transcriptome, offrirait l’opportunité d’identifier, dans une approche globale et sans à priori, des gènes régulateurs des différentes voies métaboliques (aussi bien en amont qu’en aval de la cascade) impliquées associées au dégrain. De plus, la disponibilité de ces gènes viendront enrichir le pool de gènes déjà isolés chez la banane, un des fruits tropicaux le moins riche en ressources génomiques publiques (Giovannoni et al., 2001).

 

1.3.    Objectif du stage

L’objectif du stage vise à participer au développement du système d’information permettant d’explorer in silico des données RNA-seq de transcriptomes différentiellement exprimés dans les tissus de banane (Musa sp.) et d’identifier des gènes potentiellement associés au processus du dégrain.

 

2.3   Déroulement du stage

Le/la candidat/e participera

·    A la refonte de deux pipelines d’analyses de séquences NGS (ESTtik et ARCAD) et s’appuiera sur ce nouvel outil pour assembler et annoter les séquences.

o   Tentative d’assemblage d’unigènes, pour les deux variétés étudiées, par mapping sur les CDS de banane disponibles (séquence du génome de bananier disponible)

o   Annoter finement les séquences des unigènes précédemment identifiés

o   Localiser des séquences correspondantes dans le génome du bananier récemment séquencé

o   Trier les doublons, paralogues, pseudogènes

o   Prédire des gènes fonctionnels, ainsi que leurs structures tertiaires

o   Evaluer leur variabilité d’expression (nombre de copies) dans les différentes modalités spatio-temporelles étudiées

o   Procédure de reconstruction de voie métabolique en utilisant le système Pathway Tools. Pour les gènes abondamment et différentiellement exprimés, comparer leur structure chez les deux variétés  contrastées. Un accent sera porté particulièrement sur les gènes associés à la qualité du fruit entre autre : aux modifications des parois cellulaires (hydrolase pariétale, l’éthylène (synthèse et signalisation), le métabolisme des sucres, les arômes, etc

o   Rechercher les séquences SSR et SNPs

o   Définir des amorces PCR qui permettront ultérieurement de rechercher des mutations dans ces gènes par le séquençage des fragments amplifiés

·    A la mise en place d’une base de données NoSQL pour le stockage des résultats générés et au développement de l’interface web de requêtage et de visualisation des données.

 

2.     Profil recherché:

                  Étudiant(e) de Master Bioinformatique très intéressé par la double compétence informatique bioanalyse.

 

3.     Compétences :

                  Aisance en programmation (Perl) d’analyse haut débit (Unix / SGE / HPC) de séquences d’ARN

                  Expérience en Développement Web (PHP, Java)

                  Connaissances en base de données (SQL, NoSQL)

                  Notions de biologie et de maturation du fruit

 

4.     Références bibliographiques

1.      Daribo M.O., Paget B., Bugaud C., 2007. Simple methods to evaluate the saleable life and edible life of new varieties of banana. 43ème rencontre annuelle de la Caribbean Food Crops Society (CFCS), San José, Costa Rica, 16-21 septembre.

2.      Imasabai W, Ketsa S, van Doorn W. 2006. Physiological and biochemical changes during banana ripening and finger drop. Postharvest Biology and Technology 39, 211-216.

3.      Mbéguié-A-Mbéguié D., Hubert O., Baurens F.C., Sidibé-Bocs S., Matsumoto T., Chillet M., Fils-Lycaon B. (2009). Expression patterns of cell wall modifying genes from banana during ripening in relationship with finger drop. Journal of Experimental Botany 60 (7): 2021-2034.

4.      New S, Marriott J. 1983. Factors affecting the development of finger drop in bananas after ripening. Journal of Food Technology 18, 241-250.

5.      Pereira MCT, Salomão LC C, de Oliveira e Silva S, Cecon PR,  Puschmann R, de Jesus ON,  Cerqueira RC. 2004. Different banana genotypes in relation to their susceptibility to finger drop and fruit characterization. Rev. Bras. Frutic.26 (3): 499-502.

6.      Paull RE. 1996. Ethylene, storage and ripening temperatures affect Dwarf Brazilian banana finger drop. Postharvest Biology and Technology 8, 65-74.

7.      Saengpook C, Ketsa S, van Doorn W. 2007. Effects of relative humidity on banana finger drop. Postharvest Biology and Technology 45, 151-154.

8.      Semple AJ, Thompson AK. 1988. Influence of the ripening environment on the development of finger drop in bananas. Journal of Science Food and Agriculture 46, 139-146.