Farine de sarrasin

Ressources génomiques

De nombreuses recherches ont été menées sur les fonctionnalités et les propriétés des protéines, des flavonoïdes, des flavones, des phytostérols, des protéines liant la thiamine et d’autres composés rares du sarrasin (Li et Zhang, 2001 ; Tomotake et al., 2002 ; Kreft et al., 2006 ; Zielinski et al., 2009). Cependant, la disponibilité des ressources génomiques telles qu’une bonne carte de liaison, différentes classes de marqueurs moléculaires, des bibliothèques d’EST, des bibliothèques d’ADN à grand insert, etc. est limitée. Il existe des rapports fragmentaires sur la compréhension de la relation entre les espèces en utilisant des marqueurs moléculaires tels que la réaction en chaîne par polymérase (PCR) basée sur l’empreinte génétique, qui a été utilisée pour démontrer les relations entre les espèces chez les Fagopyrum indiens. Sur les 75 amorces 10-mer aléatoires testées sur 14 accessions et deux sous-espèces de Fagopyrum, seules 19 ont généré des bandes reproductibles (Sharma et Jana, 2002a). Un total de 364 bandes a été observé avec une moyenne de 19,15 bandes par amorce, dont 99,45% étaient polymorphes, ce qui a permis d’élucider la relation inter-espèces chez Fagopyrum (Sharma et Jana, 2002b). Nous avons également caractérisé 51 accessions de F. esculentum (29), F. tataricum (20), et F. cymosum (2) en utilisant l’ADN polymorphe amplifié aléatoire (RAPD) (Sethilkumarn et al., 2007). Les données de population par espèce ont indiqué que F. tataricum était relativement plus polymorphe que les accessions de F. esculentum. L’hétérozygotie attendue était plus importante pour F. esculentum en raison de sa nature outcrossing. La valeur de l’indice de fixation estimé (FST) indique une faible différenciation entre les populations d’une espèce par zone. La structure de la population par espèce indique une plus grande diversité entre les espèces qu’entre les zones. La différenciation entre les espèces est forte comme l’indique la valeur calculée de l’indice de fixation qui se situe au-dessus de la limite supérieure de 95 %. L’analyse RAPD a également révélé que F. cymosum était relativement plus proche de F. esculentum que de F. tataricum. Une carte génétique pour F. esculentum et F. homotropicum sur la base de 223 et 211 marqueurs AFLP, respectivement, a été développée (Yasui et al., 2004). La carte de F. homotropicum comporte huit groupes de liaison avec 211 marqueurs AFLP couvrant 548,9 cM. Des marqueurs microsatellites ont été développés dans le sarrasin commun en séquençant 2785 clones des bibliothèques et il a été montré que 1483 clones contenaient des microsatellites qui étaient enrichis en répétitions (CT)n et (GT)n. Des paires d’amorces ont été conçues pour 237 des loci microsatellites, dont 180 paires d’amorces ont été amplifiées. Sur ce nombre, 44 paires d’amorces ont été évaluées pour leur capacité à détecter les variations dans les populations de sarrasin commun et utilisées dans sept espèces de Fagopyrum apparentées, dont F. tataricum (Konishi et al., 2006). Une bibliothèque BAC (bacterial artificial chromosomal) a été construite à partir d’une espèce de sarrasin sauvage, F. homotropicum (Nagano et al., 2001). L’applicabilité de 17 amorces EST développées à partir du sarrasin commun a été testée sur d’autres espèces de Fagopyrum sauvages et cultivées (Joshi et al., 2006). Les produits d’amplification étaient différents en intensité de bande. Les résultats ont indiqué que la transférabilité des marqueurs EST développés pour le sarrasin commun diminuait avec l’augmentation de la distance génétique entre les espèces.

Les SSR ont été identifiés dans les ESTs en utilisant PGG Bioinformatics à (http://hornbill.cspp.latrobe.edu.au/cgi-binpub/autosnip/index_autosnip.pl) et des amorces ont été conçues pour leur amplification. Des paires d’amorces ont été conçues et synthétisées pour 141 SSR sur la base de la longueur de répétition, parmi lesquelles 13 SSR ont été amplifiés avec succès sur les génotypes de F. tataricum, indiquant une faible transférabilité des SSR. Cinquante-quatre SSR, qui ont été identifiés par Konishi et al. (2006) dans F. esculentum, ont également été testés sur des accessions sélectionnées de F. tataricum, mais aucun polymorphisme n’a été trouvé sur les accessions sélectionnées.

Nous avons également essayé d’étudier la génomique comparative des gènes impliqués dans la biosynthèse de la rutine. La voie de biosynthèse de la rutine a été élucidée chez diverses espèces végétales. Neuf gènes connus pour être impliqués dans la voie de biosynthèse de la rutine sont : phénylalanine ammonia-lyase, cinnamate-4-hydroxylase (C4H), 4-coumaryl CoA ligase (4CL), chalcone synthase (CHS), chalcone isomérase, flavonol synthase, flavanone-3-hydroxylase (F3H), flavanone-3′-hydroxylase, et glucosyl/rhamnosyl transferase. Parmi ceux-ci, deux gènes, CHS et glucosyl transférase, ont été identifiés chez F. esculentum et F. tataricum, respectivement (Hrazdina et al., 1986 ; Suzuki et al., 2005b). Nous avons utilisé la génomique comparative pour identifier et cloner les gènes de biosynthèse de la rutine restants chez le sarrasin de Tartarie. Comme la plupart des gènes sont présents en plusieurs copies dans les génomes des plantes, nous avons utilisé les informations du génome d’Arabidopsis pour identifier la copie la plus significative de chaque gène.

Les séquences nucléotidiques et protéiques des gènes impliqués dans la biosynthèse de la rutine ont été récupérées à partir de différentes espèces végétales et les alignements de séquences multiples ont été effectués pour connaître l’étendue de la similarité des séquences. Des paires d’amorces ont été conçues à partir de régions conservées de séquences génétiques extraites de plantes dicotylédones, puis testées sur des espèces de Fagopyrum (sarrasin commun, sarrasin de Tartarie et sarrasin de riz-Tartarie). Tous les gènes ont été amplifiés chez Fagopyrum. Nous avons obtenu une amplification à bande unique pour les CHS, 4CL et les glucosyl/rhamnosyl transférases, alors que dans le cas des F3H et C4H, des copies multiples des gènes ont été amplifiées. Les génotypes de F. tataricum présentant des variations contrastées pour la teneur en rutine sont utilisés pour l’identification des variations de séquences d’ADN dans les gènes impliqués dans la biosynthèse de la rutine. L’identification des polymorphismes de nucléotides simples dans les génotypes à haute et à basse teneur en rutine sera d’une grande importance pour la sélection moléculaire du sarrasin à haute teneur en rutine. Les génotypes à haute teneur en rutine sont également utilisés pour identifier les gènes régulateurs contrôlant la biosynthèse de la rutine par une analyse d’affichage différentiel. Nous construisons également une bibliothèque BAC à partir d’un génotype à haute teneur en rutine et facile à décortiquer, dans le but ultime de cloner des gènes utiles. La bibliothèque BAC serait très utile pour poursuivre la génomique de F. tataricum.

Gupta et al. (2012) ont étudié le profilage différentiel des transcriptions par ADNc-AFLP dans les stades de maturation des graines (de l’inflorescence à la maturation des graines) avec 32 combinaisons d’amorces générant un total de 509 fragments de transcription (TDF). Cent soixante-sept TDF ont ensuite été élués, clonés et séquencés à partir de F. tataricum et F. esculentum. Les TDFs représentaient des gènes contrôlant différents processus biologiques tels que le métabolisme de base et secondaire (33%), la régulation (18%), la transduction du signal (14%), le transport (13%), l’organisation cellulaire (10%), et la photosynthèse et l’énergie (4%) et la plupart des TDFs, à l’exception de ceux appartenant au métabolisme cellulaire, ont montré une abondance de transcription relativement plus élevée chez F. tataricum que chez F. esculentum. Ils ont conclu qu’en plus des gènes de structure, d’autres classes de gènes tels que les régulateurs, les modificateurs et les transporteurs sont également importants dans la biosynthèse et l’accumulation de flavonoïdes dans les plantes. La technologie ADNc-AFLP a été utilisée avec succès pour capturer les gènes qui contribuent aux différences de teneur en rutine dans les stades de maturation des graines des espèces de Fagopyrum. L’abondance accrue des transcriptions des TDF pendant la transition entre les fleurs et la maturation des graines suggère leur implication non seulement dans la teneur en rutine plus élevée de F. tataricum par rapport à F. esculentum, mais aussi dans la supériorité nutritionnelle du premier.

Nous avons également testé des marqueurs STS spécifiques aux gènes contre 91 accessions de sarrasin pour élucider la diversité allélique à ces loci. Sur les 27 loci STS criblés, seuls 18 ont renvoyé des amplifications dosables. Les neuf amorces restantes ont soit amplifié un allèle nul (moins probable), soit nécessité la sélection d’une région différente du gène pour obtenir un produit PCR détectable. BW16 n’a amplifié qu’un seul allèle alors que BW10 a amplifié jusqu’à cinq allèles. Parmi les autres, huit marqueurs ont amplifié deux allèles, six marqueurs en ont amplifié trois et deux marqueurs ont amplifié quatre allèles. En moyenne, ces amorces STS ont amplifié 2,7 bandes par locus. Quatre des marqueurs STS, BW10 (Fe2SA1, protéine allergène de 8 kD), BW12 (protéine de stockage allergène majeure, FAGAG1), BW22 (protéine déclinée pendant le développement de la graine), et BW27 (inhibiteur de protéinase, BTIw1), ont montré un polymorphisme substantiel (PIC > 0,5) parmi les 91 accessions de sarrasin. Cependant, dans l’ensemble, les marqueurs ont montré des estimations modérées du contenu en information polymorphe (0,268), de l’hétérozygotie observée (0,259) et de l’hétérozygotie attendue (0,318). Une raison possible pour les estimations modérées du polymorphisme pourrait être que les loci STS étaient situés dans des gènes responsables de fonctions majeures et donc les séquences pourraient être relativement conservées.

L’association phénotype-marqueur a montré que sur 24 traits morphologiques, 18 traits ne présentaient absolument aucune liaison avec les profils de marqueurs. Le poids du test, les jours de maturité, la longueur des feuilles, le nombre de branches primaires, la hauteur des plantes et la forme des graines ont montré des degrés variés d’association marqueur-trait. Les gènes hôtes des marqueurs STS présentant une association étaient BW10 (protéine allergène de 8 kD), BW18 (protéinase aspartique 9), BW13 (protéine de type légumineuse), BW17 (chalcone synthase), BW22 (protéine déclinée pendant le développement de la graine), BW09 (globuline 13S), BW25 (cysperoxiredoxine) et BW24 (fagopyritol synthase 1). Les résultats encouragent le criblage d’un plus grand nombre de lignées de germoplasme et le déploiement des marqueurs identifiés pour être putativement associés à des traits spécifiques pour cribler les populations de cartographie.

Utilisations du sarrasin

Le sarrasin est une culture qui détient d’énormes avantages agronomiques et nutritionnels. La farine de sarrasin a de nombreuses utilisations. Elle est utilisée dans les mélanges de crêpes ainsi que dans divers pains. Elle est souvent mélangée à la farine de blé pour être utilisée dans le pain, les pâtes alimentaires et certaines céréales pour le petit déjeuner (Robinson, 1980). La farine de sarrasin, populairement connue sous le nom de kuttu ka atta, en Inde, est consommée les jours de brata ou de jeûne, étant l’un des aliments légaux pour ces occasions. Parfois, la farine est transformée en une pâte, à laquelle on ajoute des légumes et du sel, et transformée en petites boules, frites et servies chaudes, appelées localement pakoras ; d’autres préparations salées similaires sont appelées chillare et jalebi en Inde ou sil et fulaura au Népal, ou, lorsqu’elles sont préparées avec du sucre, puwa dans l’Himalaya oriental et halwa dans l’Himalaya occidental. Il est également pilé et bouilli comme le riz et consommé comme substitut du riz. Le sarrasin est tout à fait complémentaire des farines de céréales, et peut être utilisé pour améliorer leur qualité nutritionnelle, puisqu’il est riche en acides aminés essentiels. Des études ont montré que jusqu’à 60% de farine de sarrasin mélangée à de la farine de blé peut produire un pain acceptable (Pomeranz, 1983). Le gruau de sarrasin est servi dans les rations des soldats et cuit avec du beurre, du suif ou de l’huile de chanvre en Russie.

Récemment, le sarrasin a également été introduit comme aliment nutraceutique. Un nutraceutique est défini comme toute substance qui est un aliment ou une partie d’un aliment et qui procure des avantages médicaux ou de santé, y compris la prévention et le traitement des maladies (DeFelice, 1994). Le sarrasin contient de la vitamine P, qui contient le flavonoïde rutine. La rutine est connue pour son efficacité à réduire le taux de cholestérol dans le sang. En outre, le sarrasin constitue une mesure préventive efficace contre l’hypertension artérielle. La rutine est connue pour maintenir la solidité et la souplesse des capillaires et des artères. L’efficacité de la rutine contenue dans le sarrasin est renforcée par l’ajout de vitamine C. Il a été démontré que la consommation régulière de 30 g de sarrasin abaisse la tension artérielle, indépendamment d’autres facteurs tels que l’âge et le poids. Dans une étude menée en collaboration avec le Johns Hopkins Medical Institute, Jiang et al. (1995) ont rapporté que les sujets qui consommaient la plus grande quantité de sarrasin avaient les pressions sanguines les plus basses. Les champs de sarrasin en fleurs peuvent constituer une source précieuse de nectar pour les abeilles. Le miel produit à partir du sarrasin est généralement foncé et a une saveur plus forte que le miel produit à partir du trèfle, et est préféré par certains consommateurs.