Résumé
L'embryogenèse somatique (ES) est l'un des processus de propagation les plus prometteurs pour la diffusion à grande échelle de variétés élites. Cependant, quelle que soit l'espèce considérée, les recherches sur l’ES restent essentiellement empiriques et à bas débit, entraînant une difficulté à répondre à la demande croissante en matériel végétal, notamment en raison des faibles progrès techniques au cours des dernières décennies. Cette thèse présente un travail pionnier où deux groupes leader - Nestlé et le Cirad - ont décidé d'unir leurs forces pour démêler les mécanismes moléculaires impliqués dans les étapes clés de l’ES du caféier Arabica, l’un des procédés les plus avancés, en y appliquant les dernières technologies de métabolomique et de transcriptomique. En parallèle, la mise au point d’un système de criblage à haut débit de composés actifs sur l’ES, qui permettrait d'accélérer l'optimisation des protocoles, n'a toujours pas été proposée pour la micropropagation végétale.Résultats Soixante-dix échantillons (14 stades de développement x 5 répétitions biologiques) couvrant l'ensemble du processus d’ES ont été étudiés. Une approche statistique robuste appliquée aux données RNA-seq a permis d'identifier 6 transitions (‘switches’) de développement clés pour le succès biologique de l’ES c.à.d. la production en masse d’embryons somatiques, et a révélé l’influence directe des facteurs (‘drivers’) environnementaux. La métabolomique a mis en évidence d'énormes reconfigurations des contenus hormonaux, des voies métaboliques primaires et des composés phénoliques lors des évènements précoces de la dédifférenciation et de la redifférenciation. La totipotence atteint son expression la plus visible au stade embryogène lorsque sont totalement inhibées les voies biochimiques liées au métabolisme du sucre et, au contraire, lorsque est activée l’expression des gènes codant pour des facteurs de transcription. L'étude a également montré que les profils de transcrits et de métabolites représentent des signatures discriminantes du destin cellulaire. Une liste de 23 gènes et 17 métabolites marqueurs du succès des différentes phases de développement a été identifiée, y compris le stade cals embryogènes si stratégique car à l’interface Dédifférenciation-Redifferentiation. En parallèle, nous avons réussi à reproduire à l'échelle pilote la différenciation d’embryons somatiques à partir de suspensions dans un système miniaturisé compatible avec une plateforme automatisée et ainsi permis le criblage de 4 régulateurs épigénétiques (HDACi) à différentes concentrations, apportant ainsi une preuve de concept de la faisabilité d’une optimisation haut-débit des milieux nutritifs. Pour toutes les étapes de développement clés de l’ES, le décryptage des principaux mécanismes moléculaires ainsi que l’identification de marqueurs moléculaires spécifiques offre de nouvelles perspectives pour la compréhension fine de ce phénomène de régénération et son optimisation raisonnée. Des stratégies sont proposées pour la validation des marqueurs candidats et l’industrialisation du système de criblage haut-débit. Il est proposé une combinaison des deux approches –omiques et automatisation pour une optimisation des protocoles rationnelle et plus efficace, permettant aux procédés d’ES de soutenir la diffusion à très grande échelle du progrès génétique chez le caféier.