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Dernière mise à jour : Mai 2018

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UMR GDEC

UMR 1095 Génétique Diversité et Ecophysiologie des Céréales

1. Diversité phénotypique et moléculaire - Structuration génétique des collections

Objectif : analyser la diversité et la structuration génétique des collections
Blé tendre

Dans le cadre du projet PIA Breedwheat (Work Pakage 3), un sous échantillon de 4 600 blés tendres a été choisi, parmi la collection globale du CRB, de façon à représenter de façon optimale la diversité mondiale de l’espèce. Basé sur des critères d’échantillonnage précédemment définis par l’équipe, ce large échantillon représentatif de la diversité présente dans 108 pays rassemble aussi bien d’anciennes populations de pays (landraces), que des variétés issues de sélection et inscrites au cours du XXe siècle.

DORG-Breedwheat sample

Cet échantillon a été décrit (phénotypé) pour quelques caractères d’intérêt agronomique, comme la précocité, la hauteur de la plante, la sensibilité à la verse ou encore la résistance à quelques maladies (septoriose, fusariose, rouilles jaune et brune). L’analyse des données morphologiques laisse apparaitre des différences significatives, non seulement en fonction de l’origine géographique des blés, mais également en fonction de leur « âge » et de leur statut (anciennes populations de pays versus variétés modernes). Ainsi, par exemple, on observe une réduction de la taille des pailles de blés d’environ 40 cm en moyenne, entre les populations de pays encore utilisées au XIXe siècle et les variétés élites sélectionnées, puis inscrites à la fin du XXe siècle. Cette réduction de taille, liée à l’intensification de l’agriculture (phénomènes liés à la révolution verte), est plus marquée en France (- 50 cm) qu’en Chine (- 40 cm), ou encore qu’aux Etats Unis (- 30cm) où la culture du blé tendre est beaucoup plus extensive.

DORG-EchantillonGenotipé

L’échantillon global des 4 600 blés a également été génotypé à l’aide d’une puce haute densité contenant plus de 280000 SNPs (puce TaBW280K, Rimbert et al, 2018). Un set de plus de 113 000 SNPs de haute qualité a été ensuite sélectionné, et la position de ces marqueurs a été déterminée sur la carte génomique en utilisant la séquence de référence du blé tendre (IWGSC, 2018). Puis, à partir de ces marqueurs SNPs, un total de 8 741 blocs haplotypiques a pu être identifié parmi l’échantillon global. Ces données ont permis de retracer la phylogéographie et l’histoire de la diversité du blé tendre à l’échelle mondiale (cf activité 2), en collaboration avec les équipes SEVEN et DGS de l’UMR GDEC. Une attention particulière a également été porté aux variations structurales entre accessions révélées par les marqueurs du type OTVs, qui permettent de détecter la présence/absence de fragments, et sont le reflet d’introgressions de matériel génétique étranger (comme par exemple Aegilops), notamment dans les variétés les plus modernes.

Autres blés, seigles

Une collection nationale, constituée de 184 blés tétraploïdes et diploïdes, et une collection nationale de seigles (50 populations) ont été analysées dans le cadre de l’action TRISECA (2016-2018) du groupe de travail blé de l’ECPGR (European Cooperative Programme for Plant Genetic Resources), dans le but de contribuer à élargir la collection européenne AEGIS (Desheva et al, 2018). La description morphologique a porté sur les épis (compacité et aristation, poids et taille de 1000 grains mesurés par analyse d’image à l’aide d’une Opto-machine, couleur des grains) et sur la plante entière (hauteur, précocité, verse, sensibilité aux maladies). A titre d’exemple, la figure ci-contre illustre une comparaison interspécifique dans le genre Triticum, de la couleur du grain mesurée à l’aide d’un spectrophotomètre.

DORG-RepartitionColorimétrique

Orge

La collection nationale d’orge (285 orges d’hiver + 285 orges de printemps), constituée exclusivement d’accessions d’origine française, a fait l’objet d’une évaluation phénotypique et moléculaire dans le cadre du projet CASDAR COLNATOR (2016-2019). Ce projet, rassemblant l’INRA et une dizaine de partenaires privés du réseau "Ressources Génétique- Céréales à pailles", avait pour but d’évaluer agro-morphologiquement cette collection, et d’analyser sa diversité moléculaire pour un set de marqueurs SNPs. Une dizaine de traits d’intérêt agronomique (nombre de rang, compacité de l’épi, caractère nu ou vêtu du grain, précocité, hauteur des plantes, sensibilité à la verse, résistances à l’oïdium, la rynchosporiose, la ramulariose, l’helminthosporiose et la rouille) ont été observés durant deux années sur microparcelles établies dans un réseau expérimental de 10 lieux.

La collection globale a également été génotypée pour un millier de SNPs répartis sur l’ensemble des 7 chromosomes de l’orge. L’analyse des distances génétiques entres accessions laisse clairement apparaitre l’importance du type de développement (hiver/printemps) et le nombre de rang de l’épi comme facteurs responsables d’une forte structuration à l’intérieur de cette collection nationale.

DORG-PrintempsHiver

Une analyse d’association génétique entre marqueurs SNPs et trait agro-morphologiques a permis de mettre en évidence des liaisons statistiques fortes pour certains traits. Par exemple, le caractère nu/vêtu chez l’orge d’hiver est fortement lié à deux marqueurs (lod score = 32 et 11) situés à proximité des gènes vrs1 et int-c, gènes intervenant dans  l’architecture de l’épi situés respectivement sur les chromosomes 2 et 4.

Avoine 

Le projet CASDAR AVENA (2018-2021), portant sur l’identification de marqueurs SNPs liés à des gènes de résistance de la rouille couronnée chez l’avoine (Avena sativa), associe l’UMR GDEC (équipes GeCO et DORG) à des partenaires privés. Dans ce cadre, la collection nationale, composée de 600 accessions d’avoines, est en cours de génotypage en collaboration avec la plateforme Gentyane, à l’aide d’un jeu de 700 SNPs. La collection doit par ailleurs être phénotypée chez les partenaires privés. L’objectif est de repérer des parents sensibles et résistants suffisamment polymorphes, puis de réaliser des croisements et construire des populations de cartographies permettant d’identifier des marqueurs diagnostics  pour des gènes de résistances ensuite utilisables dans des programmes d’amélioration de l’espèce.