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Dernière mise à jour : Mai 2018

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Inra Val de Loire - UR Amélioration, génétique et physiologie forestières

Site de l'UR AGPF de l'INRA

Christian BRETON (Chargé de Recherches)

Christian Breton
Équipe Génétique, Adaptation et Amélioration (GA²) - "Biologie du développement, génétique et physiologie moléculaire, biotechnologies végétales, formation du bois de cœur, développement des racines, propriété intellectuelle, valorisation et droit des brevets."

Directeur de l’équipe Génétique, Adaptation et Amélioration (GA2)
Correspondant BioForA auprès du pôle de compétitivité Cosmetic Valley
Tel. : +33 (0)2 38 41 78 71
christian.breton@inrae.fr

Recruté par le Centre de Recherches Forestières de l’INRA d’Orléans à la suite d’un Diplôme d’Études Approfondies (DEA) de Différenciation, Génétique et Immunologie obtenu à l’Université Lyon 1, j’ai poursuivi ma formation par un Doctorat en Sciences spécialisé en Biotechnologies Végétales sur embryogenèse zygotique précoce du maïs et également acquis des compétences sur embryogenèse somatique de l’épicéa à l’Université de Californie de Davis. Ayant acquis des compétences variées tant au niveau des méthodologies d’étude (biologie moléculaire, clonage et expression des gènes, analyses des protéines) que des modèles de développement sur des modèles animaux et végétaux, j’ai été recruté en tant que Chargé de Recherches et mis en place des projets visant à comprendre et à améliorer l’enracinement chez une espèce forestière récalcitrante au bouturage : le noyer. Par la suite et du fait de l’intérêt de ce bois pour la menuiserie, j’ai également développé des recherches visant à caractériser les gènes contrôlant la formation du bois de cœur chez cette espèce.

Tous ces axes de recherche ont nécessité la mise en place de modèles d’études et des approches pluridisciplinaires à la fois fondamentales et appliquées (physiologie moléculaire, biochimie, culture in vitro, transformation génétique, …) ciblées sur la compréhension et l’amélioration de ces processus de développement ou de différenciation. Axées initialement sur l’étude de quelques gènes candidats, les études que je mène actuellement sur ces modèles de développement intègrent les nouvelles technologies de séquençage du transcriptome et du génome. Ces nouveaux développements ont pour buts principaux d’accentuer les liens entre les recherches en physiologie et amélioration génétique sur les différentes espèces étudiées dans l’équipe Génétique, Adaptation et Amélioration (GA2) que j’ai rejoint en juin 2018 et dont j’ai pris la direction en Septembre 2018.

Recherches en cours

Les arbres constituent une importante source de biomasse. Le bois qu’ils produisent est utilisé à de nombreuses fins (énergie, construction, ameublement, industrie papetière, production de biocarburant, chimie verte, …). De par leur longévité, leur survie et leur croissance (et de ce fait leur capacité à produire du bois) ils sont largement dépendants de l’environnement dans lequel ils sont implantés et seront amenés à se développer. Ainsi, les questions qui peuvent se poser sur les capacités de production et d’adaptation des arbres sont d’autant plus importantes lorsque l’on prend en compte les prédictions actuelles sur le changement global du climat. Au-delà d’une augmentation générale des températures plus ou moins controversée, les modèles actuels suggèrent également l’occurrence d’un plus grand nombre d’évènements climatiques extrêmes auxquels les arbres devraient être confrontés (tempêtes, sécheresses, gelées tardives, invasion de pathogènes,…).

 

Les recherches que je développe entrent dans ce cadre général. Elles visent à mettre en relation les capacités d'adaptation, de développement et de production des arbres en tenant compte de leur environnement. À ce titre, une meilleure compréhension des mécanismes physiologiques, génétiques et moléculaires gouvernant leur développement semble particulièrement nécessaire afin de pouvoir disposer de nouveaux outils de sélection ciblés sur certains aspects clés de leur développement qui pourront fortement influencer leur croissance et capacité de production. Mes travaux se focalisent sur deux processus de développement particulièrement importants chez les arbres. Ces processus concernent :

  • La formation et la croissance du système racinaire (lien 1),
  • La formation du bois de cœur ou duraminisation (lien 2).

Ces deux thématiques sont abordées en se basant sur une stratégie commune ayant pour but non seulement d’acquérir une meilleure connaissance des gènes exprimés durant ces processus de développement mais surtout, de caractériser et d'étudier des gènes qui les contrôleraient. Ainsi, l'essentiel de mes travaux est focalisé sur une catégorie particulière de gènes régulateurs : les facteurs de transcription (FT). Ces protéines régulatrices interagissent dans le noyau des cellules avec l’ADN des gènes cibles dont elles régulent l'expression. De manière simplifiée, cette régulation a lieu au niveau des régions « promotrices » des gènes cibles et aboutit à l’activation ou la répression de la synthèse des ARN correspondants qui seront eux-mêmes traduits en plus ou moins grandes quantités de protéines. D’une manière générale, les FT agissent de manière coordonnée et en interaction avec un ensemble de co-facteurs sur un ensemble de gènes cibles faisant souvent partie d'une même voie métabolique ou développementale qu’ils contrôlent (pléiotropie). La connaissance de ces relations de régulation et d’expression, nous permet de constituer des réseaux d'interaction géniques (GRNs pour « Gene Regulatory Netwoks ») entre des gènes régulateurs (FT) et leurs cibles. A ce niveau, la production et l’étude de plantes génétiquement modifiées (OGM) dans lesquelles l’expression de ces FT est modifiée quantitativement et/ou spatialement au laboratoire permet vérifier « in planta » les rôles effectifs de ces gènes candidats sur les processus de développement étudiés en altérant artificiellement leur expression modifiant ainsi leur phénotype ou leur croissance.

A terme, la connaissance des membres de ces GRNs et de leurs fonctions durant le développement des racines et la formation du bois de cœur devrait nous fournir de nouveaux outils de sélection. Associés aux nouvelles techniques de séquençage (Next Generation Sequencing ou NGS), ces outils pourront intégrer et tenir compte des connaissances acquises sur des gènes clés influençant ces processus de développement et de différenciation cellulaire ou biochimique.

Étude du développement des racines

Avec les feuilles, les racines représentent les principaux organes d’échanges des plantes avec leur environnement (absorption d’eau et de nutriments). Difficiles d’accès et à étudier chez les arbres, elles jouent néanmoins des rôles cruciaux au niveau de leur adaptation à l’environnement (Encadré 1). A terme, les connaissances acquises sur les gènes contrôlant leur croissance (volume, longueur, ramification) pourraient être utilisées pour améliorer la production de bois et ou l’adaptation des arbres à leur environnement.

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Encadré 1 : Importance de la face cachée des arbres : leur système racinaire

À gauche : Système racinaire d’un peuplier noir (Populus nigra) mis à nu après une crue hivernale de la Loire. L’implantation de ces arbres à croissance rapide caractéristiques des ripisylves participe à la stabilisation des rives et permet  l’établissement d’autres espèces végétales et animales le long des rivières (crédit photo : Marc Villar, BioForA - INRAE Val de Loire – Orléans).

Au centre : Implantation exceptionnelle d’un pin au niveau d’une faille rocheuse en altitude. Bien qu’invisible, le système racinaire de cet arbre représente son seul fil de vie dans cet environnement hostile (crédit photo : Marc Villar, BioForA - INRAE Val de Loire – Orléans).

À droite : Dévastation de la forêt landaise causée par la tempête hivernale de décembre 1999. Les capacités de résistance au vent d’un arbre dépendent d’un grand nombre de facteurs (résistance, élasticité du tronc, architecture et résistance du système racinaire, nature, structure et niveau d’imbibition du sol, …). Dans le cas d’une verse comme sur cette photo, ce sont les racines qui ont cédé en premier (crédit photo : Gérard Paillard, INRAE – Paris).

Dans ce cadre et depuis plusieurs années, je me suis intéressé aux rôles de certains FT dans le développement des racines (Montiel et coll. 2004). Initialement mis en évidence dans le cadre d’études sur la différenciation des organes floraux, certains gènes à boîte MADS se sont avérés être spécifiquement exprimés dans les racines. Du fait des rôles cruciaux des gènes « Agamous-like » dans mise en place des organes floraux, j’ai développé un programme de recherche visant à estimer leurs rôles potentiels dans la formation et la croissance des racines. La mise en œuvre des techniques de transformation génétique a permis de confirmer chez plusieurs plantes (noyer, Arabidopsis thaliana, Catharanthus roseus) des fonctions spécifiques de l’un de ces gènes dans ce processus de développement (Montiel et coll. 2007). Des travaux sont toujours en cours sur différents FT et espèces.

La formation du bois de cœur ou duramen

Chez les arbres produisant du bois de cœur, la duraminisation s’initie au bout d’un nombre variable d’années et, contrairement à la formation des cernes annuels au niveau du cambium, progresse de manière centrifuge depuis le centre du tronc. De fait, ce processus physiologique prend place annuellement au niveau d’un nombre réduit de cernes (la zone de transition aubier - bois de cœur). Il correspond à la dernière étape de la différenciation de cellules du bois et affecte deux critères déterminants pour la valeur du bois : sa durabilité naturelle et sa couleur (Encadré 2).

Tranchage d’un tronc de noyer noir (Juglans nigra)
Aspects décoratifs recherchés lors du tranchage du bois de noyer
Observation sous U.V. d’une rondelle de bois de noyer

Encart 2 : Duraminisation et couleur du bois :

À gauche : Tranchage d’un tronc de noyer noir (Juglans nigra) permettant de visualiser les nettes différences de couleur entre l’aubier et le bois de cœur (crédit photo : Christian Jay-Allemand, INRAE). Au centre : Aspects décoratifs recherchés lors du tranchage du bois de noyer valorisés en ébénisterie sous forme de plaquage ou de bois massif (crédit photo : Christian Jay-Allemand, INRAE). À droite : Observation sous U.V. d’une rondelle de bois de noyer permettant de visualiser un métabolisme spécifique à la formation du bois de cœur. On notera ici l’accumulation de composés spécifiques fluorescents au niveau de la zone de transition aubier – bois de cœur chez le noyer (crédit photo : Christian Breton, BioForA, INRAE Val de Loire - Orléans).

Sur le plan appliqué, les connaissances que nous avons acquises sur les extractibles accumulés dans le bois de cœur de certaines essences, nous ont permis d'envisager la valorisation de ces molécules au niveau industriel (Encart 3). La mise au point de protocoles d'extraction et la caractérisation de leur propriétés/activités biologiques permettent d’envisager des débouchés dans de nombreux secteurs comme la cosmétique, la pharmacie et la protection des plantes (Destandau et coll. 2016, Bostyn et coll. 2018). Le projetValRob - Projet d'intérêt régional 2012-2016: Valorisation cosmétique des extraits de bois de Robinier (Robinia pseudoacacia) – a ainsi été focalisé sur l'extraction et la caractérisation de la robinétine dont les propriétés de fluorescence ont permis de mettre au point différentes applications dans le domaine de la cosmétique en tant que colorant naturel fluorescent utilisable dans le cadre du développement de nouvelles formulations (maquillage, colorant capillaire,...) ainsi que pour des aspects de packaging et de présentation en vitrine. Soutenu par le Pôle de Compétitivité Cosmetic Valley, un transfert au niveau industriel a permis l'obtention d'extraits concentrés de robinétine par notre partenaire Alban Müller International. De nombreuses applications peuvent maintenant être envisagées dans d'autres domaines (textile, imprimerie, flaconnage...). En 2017, ce projet a été sélectionné parmi les 20 meilleurs projets de l’année soutenus par la Cosmetic Valley.

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Encart 3: Valorisation des extraits fluorescents de bois de robinier (projet ValRob):
A) Rondelle de bois de robinier et bois de cœur (duramen); B) Fluorescence naturelle du bois utilisépour les extractions (U.V.); C et D) Extraits de bois concentrés en colorant fluorescent (jaune).(crédit photos : Christian Breton, BioForA, INRAE Val de Loire – Orléans).

Collaborations

Nathalie Boizot, Jean-Paul Charpentier, (Génobois et BioForA, INRAE Val de Loire, Orléans),

Guy Costa (Université de Limoges),

Manuela Ruiz-Diaz (Université de Misiones, Argentine)

Emilie Destandau, Stéphane Bostyn (Université d'Orléans),

Jean-Marc Seigneuret, Valérie Serrano (Alban Müller International)

Patrick Pastuszka (Unité Expérimentale Forêt Pierroton, INRAE Cestas)

Dominique Merzeau (Centre National de la Propriété Forestière, Bordeaux)

Amandine Goubert (Cosmetic Valley, Chartres),

Amélie Chaigneau, Emeline Defossez (Végépolys, Angers)

Marina Lopez-Guia (Xylofutur, Gradignan)

Expériences

Chargé de Recherche, UMR BioForA INRA-ONF, Orléans, France

présent

Séjour sabbatique HTIRC - Purdue University, Indiana, USA

2001

Chargé de Recherche, UAGPF, INRA – Orléans       

1995

Doctorat en Science et Biotechnologies Végétales, Université Lyon I        

1993

Séjour pré-doctoral, Environmental Horticulture, UC Davis, California, USA

1989

Attaché Scientifique Contractuel, INRA-Orléans 

1988

D.E.A. Différenciation, Génétique et Immunologie, Université Lyon I   

1988

Maîtrise de Biologie Cellulaire et Physiologie (Génétique), Université Lyon I  

1987

Publications

Bostyn, S., Destandau, E., Charpentier, J.-P., Serrano, V., Seigneuret J.-M., Breton, C. (2018) Optimization and kinetic modelling of robinetin and dihydrorobinetin extraction from Robinia pseudoacacia wood. Industrial Crops and Products 126:22-30. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2018.09.049

Destandau, E., Charpentier, J.-P., Bostyn, S., Zubrzycki, S., Serrano, V., Seigneuret, J.-M., Breton, C. (2016). Gram-Scale Purification of Dihydrorobinetin from Robinia pseudoacacia L. Wood by Centrifugal Partition Chromatography. Separations, 3 (3), 12 p. https://doi.org/10.3390/separations3030023

Plazanet, I., Zerrouki, R., Lhernould, S., Breton, C., Costa, G. (2015). Direct Immunological Detection of Wood Cell Wall Polysaccharides after Microwave- Assisted Ionic Liquid Disruption. Journal of Glycobiology, 4 (1), 4 p. https://www.omicsonline.org/open-access/direct-immunological-detection-of-wood-cell-wall-polysaccharides-aftermicrowaveassisted-ionic-liquid-disruption-2168-958X-1000115.pdf

Déjardin, A., Laurans, F., Arnaud, D., Breton, C., Pilate, G., Leplé, J-C. (2010) Wood formation in Angiosperms. C. R. Biologies 333: 325–334. https://doi.org/10.1016/j.crvi.2010.01.010

Montiel G., Breton C., Thiersault M., Burlat V., Jay-Allemand C. and Gantet P. (2007) Transcription factor Agamous-like 12 from Arabidopsis promotes tissue-like organization and alkaloid biosynthesis in Catharanthus roseus suspension cells. Metab Eng. 9: 125-32. https://doi.org/10.1016/j.ymben.2006.10.001

Breton C., Cornu D., Chriqui D., Sauvanet A., Capelli P., Germain E. and Jay-Allemand C. (2004) Somatic embryogenesis, micropropagation and plant regeneration of “Early Mature” walnut trees (Juglans regia) that flower in vitro. Tree Physiol. 24: 425-­435. http://walnut.ut.ac.ir/LinkClick.aspx?fileticket=hVnzh85H1vY%3D&tabid=94

Leplé JC., Déjardin A., Laurans F., Pilate G., Goué N., Label P., Beritognolo I., Boizot N. et Breton C. (2004) Physiologie et génomique de la formation du bois. Biofutur 247: 43-48.

https://biofutur.revuesonline.com/resnum.jsp?editionId=496

Montiel G., Gantet P., Jay-Allemand C. and Breton C. (2004) Transcription factors: Pathways to the knowledge of root development. Plant Physiol. 136: 3478–3485. https://doi.org/10.1104/pp.104.051029

Montiel G., Breton C., Doireau P., Jay-Allemand C. and Gantet P. (2003) Transcription factors that regulate secondary metabolism biosynthesis pathways: key actors for plant eco-physiology and ontogeny. Recent Res. Devel. Plant Cell Physiol. 1: 83-98. https://prodinra.inra.fr/record/16916

Beritognolo I., Magel E., A. Abdel-latif, Charpentier J.P., Jay-Allemand C. and Breton C. (2002) Expression of genes encoding chalcone synthase, flavanone 3-hydroxylase, and dihydroflavonol 4-reductase correlates with flavanol accumulation during heartwood formation in Juglans nigra L. Tree Physiol. 22: 291-300. https://doi.org/10.1093/treephys/22.5.291