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Dernière mise à jour : Mai 2018

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UMR GDEC

UMR 1095 Génétique Diversité et Ecophysiologie des Céréales

5. Développement d'outils génomiques pour la sélection variétale

Objectif : Développer des marqueurs moléculaires et de nouveaux outils pour le génotypage à haut-débit

Au-delà de l’aspect fondamental de nos recherches, nous souhaitons également utiliser les connaissances acquises sur la structure et le fonctionnement du génome de blé afin de développer de nouveaux outils pouvant être utilisés à court ou moyen termes dans des programmes d’amélioration variétale. Cela concerne notamment le développement de marqueurs SNP et le génotypage à haut débit qui sont des outils utilisables directement par les sélectionneurs.

Chez le blé tendre, l’utilisation des marqueurs en sélection a longtemps été freinée par leur quantité insuffisante et leur coût d’utilisation trop élevé, et ce, principalement à cause de la complexité du génome. Les avancées technologiques de ces dernières années ont cependant conduit à un changement de paradigme avec la possibilité d’identifier plus facilement, plus rapidement et à moindre coût des SNP. Deux approches différentes peuvent être distinguées : (1) le reséquençage du génome entier, dit pangénomique et (2) le reséquençage partiel du génome par des approches de réduction de complexité aléatoires ou ciblées sur des régions d’intérêt. La plupart de ces approches sont focalisées sur la fraction génique du génome de blé, délaissant les quelques 85% du génome du blé constitué d’éléments transposables .

Pour pouvoir accéder à la fraction répétitive du génome, nous avons développé une nouvelle technologie de marquage moléculaire basée sur le polymorphisme d’insertion des éléments transposables : les marqueurs ISBP (Insertion Site-Based Polymorphism). Ces marqueurs présentent de nombreux avantages comme notamment une répartition homogène le long des chromosomes, un caractère génome-spécifique et un fort taux de polymorphisme de type SNP. Pour tirer le plein parti des ISBP, nous avons développé une approche de capture de séquence permettant la détection de SNP à haut débit. Cette approche a été utilisée dans le cadre de plusieurs projets en collaboration avec des semenciers privés (projets DIGITAL et BREEDWHEAT) et a conduit à la détection de plus de 400 000 SNP issus d’ISBP, à la fois dans du matériel élite européen ou des lignées plus exotiques. En parallèle, les séquences des chromosomes triés générées par l’IWGSC ont été utilisées en combinaison avec des données de reséquençage pangénomique d’une dizaine de variétés produites par notre laboratoire ou disponibles dans le domaine public. Plus de 3 millions de SNP ont été découverts dans la fraction génique, la fraction intergénique non répétée et la fraction répétitive (à l’aide de marqueurs ISBP).

De façon concomitante, nous avons également œuvré à l’adaptation de technologies de génotypage au besoin spécifique du blé. Parmi ces techniques, un accent particulier a été mis sur la technologie KASPar de la société KBioscience. Le KASPar est une technique de génotypage monoplex (un SNP / un individu) basée sur la PCR allèle-spécifique. Sa flexibilité, sa facilité de mise en œuvre et son coût réduit en font une des techniques les plus communément utilisées par les sélectionneurs à l’heure actuelle. Pour cette raison, nous avons travaillé à adapter le protocole et notamment le design des sondes afin de les rendre compatibles avec des SNP issus d’ISBP tout en gardant le caractère génome-spécifique de ces marqueurs. L’autre technologie sur laquelle nous avons beaucoup travaillé au cours des dernières années est l’Axiom d’Affymetrix. Cette technique repose sur l’hybridation d’ADN génomique sur des puces à ADN portant des sondes correspondant aux séquences flanquant les SNP. Dans le cadre du projet BREEDWHEAT, nous avons combiné différentes sources de SNP afin de construire une puce contenant 423 385 marqueurs, parmi lesquels 285 000 SNP convertis (67%). Cette puce a été utilisée pour génotyper plus de 7 800 lignées de blé tendre correspondant aux différents panels du projet BREEDWHEAT, et incluant deux populations de cartographie génétique, 515 lignées élites européennes, environ 4 500 accessions parmi les 12 000 hébergées par le centre de ressources biologiques de l’INRA de Clermont-Ferrand et 2 000 lignées destinées à implémenter des approches de sélection génomique. Ces données sont actuellement utilisées afin de mener différentes analyses, comme notamment la cartographie génétique (une carte de plus de 140 000 locus a d’ores et déjà été produite), la caractérisation de la diversité mondiale en vue de son utilisation en pré-breeding, des analyses d’association sur des caractères tels que le rendement ou la résistance à des stress biotiques et abiotiques ou encore le développement de modèles de sélection génomique.

 

Projet

 

Si les SNP se sont imposés comme les marqueurs de choix en sélection assistée, la faible portion de la diversité phénotypique expliquée par ces polymorphismes a amené les scientifiques à s’interroger sur l’origine de ce qu’on en est venu à appeler « l’héritabilité manquante » (Manolio et al., 2009; Eichler et al., 2010). Plusieurs hypothèses ont été proposées pour expliquer cette héritabilité manquante, et notamment les mécanismes épigénétiques et les variations structurales (Manolio et al., 2009; Eichler et al., 2010; Brachi et al., 2011).

Pour cette raison, nous souhaitons caractériser des lignées de blé sur le plan de leurs variations structurales et de leur épigénome. L’accès aux données de phénotypage de ces mêmes nous permettront de conduire des analyses d’association pour identifier des relations éventuelles entre les phénotypes et les variations structurales et/ou épigénétiques. Si de telles associations peuvent être mises en évidence, les CNV ou PAV correspondantes seront alors converties en marqueurs moléculaires pour pouvoir être utilisées dans les programmes de sélection variétale. Pour les régions présentant des variations épigénétiques, les moyens de les utiliser en sélection variétale sont en cours d’étude. Une autre piste d’exploitation de ce type de variations réside dans la production de blé hybride. En effet, celles-ci pourraient être utilisées pour définir des groupes hétérotiques pour l’instant inexistants chez le blé et ainsi produire des hybrides plus performants.