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Epis de blé au stade maturité.. © Inra, COCHARD Hervé

Première séquence de référence d'un chromosome de blé

Des chercheurs viennent de rendre publique la première séquence de référence1 du plus grand des chromosomes du blé. Fruit d’une collaboration internationale, pilotée par l’Inra et en collaboration avec le CEA (Genoscope), le CNRS et l’Université d’Evry, cette première mondiale ouvre la voie à l’identification de nombreux gènes d’intérêts agronomiques, à l’amélioration variétale du blé et au séquençage complet de son génome d’ici 3 ans. Ces travaux ont été publiés dans Science le 17 juillet 2014.

Mis à jour le 18/07/2014
Publié le 18/07/2014
Mots-clés : GENOME - SEQUENÇAGE - blé

Le blé tendre (Triticum aestivum L.) représente la première céréale cultivée au monde en termes de surfaces et constitue l’aliment de base de plus d’un tiers de la population mondiale. Fruit d’un travail de sélection continu conduit par l’homme depuis des millénaires, les variétés actuelles de blé tendre possèdent un génome2 complexe, dit polyploïde, associant trois sous-génomes, et dont la taille représente cinq fois celle du génome humain. Si cette complexité en fait un bon modèle pour l’analyse des grands génomes polyploïdes, le décryptage de sa séquence a représenté un véritable défi technique et méthodologique, qui a longtemps retardé le développement des programmes de génomique et de séquençage en particulier.

Une première au niveau international

Dans le cadre du projet 3BSEQ financé en partie par l'ANR et France Agrimer, des chercheurs de l’Inra, du CEA (Genoscope), du CNRS, de l’Université d’Evry, en collaboration avec leurs collègues étrangers, ont produit la première séquence de référence d'un chromosome de blé tendre, le chromosome 3B. La mise au point d’une stratégie originale de séquençage, le développement d’outils bioinformatiques et l’identification de plusieurs dizaines de milliers de marqueurs moléculaires ont permis le séquençage et l’assemblage du chromosome 3B.

En comparant cette séquence avec les données génomiques d’espèces proches comme le riz ou le sorgho, les chercheurs ont remarqué que 35% des 7 700 gènes identifiés sur ce chromosome étaient localisés sur d’autres chromosomes chez les autres céréales. Ce résultat suggère fortement que la présence de ces gènes sur le chromosome 3B résulte de réarrangements génomiques successifs, récents et spécifiques du blé.

Des gènes plus récents et plus spécialisés aux extrémités du chromosome

Grâce à l’analyse de cette séquence, qui représente au total 774 millions de nucléotides, les scientifiques ont mis en évidence une structuration très marquée du chromosome. Alors que les extrémités du chromosome sont significativement plus riches en gènes exprimés à un niveau souvent faible et spécifique de certains tissus ou stades de développement, la région centrale est principalement constituée de gènes anciens, exprimés de façon non spécifique dans de nombreux tissus et pour l’essentiel participant au métabolisme de base de la plante.

La densité plus forte des gènes dans les extrémités s’explique en partie par des duplications récentes, qui semblent représenter une force évolutive d'intensité considérablement plus forte chez le blé que chez les autres céréales. Ainsi, l'expansion massive du génome du blé s'est accompagnée, au cours de l'histoire évolutive, d'un partitionnement structural et fonctionnel, participant à l’acquisition de nouveaux gènes aux fonctions adaptatives.

Une ressource unique pour l’amélioration variétale du blé

La séquence de référence du chromosome 3B constitue une ressource unique au monde qui ouvre de nouvelles potentialités pour l'identification de gènes importants d'un point de vue agronomique. Ainsi, des régions génomiques impliquées par exemple dans la résistance à des pathogènes, dans la tolérance à la sécheresse et dans le rendement, sont portées par le chromosome 3B et l'identification des gènes contrôlant ces caractères est en cours. Une meilleure connaissance du génome de blé revêt donc un double intérêt, à la fois fondamental pour comprendre les mécanismes sous-tendant son organisation, son fonctionnement et son évolution, et également finalisé, en facilitant le développement des outils et des méthodologies nécessaires à l’amélioration de l’efficacité des programmes de sélection.

Fort de cette réussite, le Consortium International de Séquençage du Génome du Blé (IWGSC, www.wheatgenome.org), dans lequel l’Inra occupe une position de leader, s’est fixé pour objectif de terminer le séquençage des 20 autres chromosomes dans les trois ans à venir. Les scientifiques français de l’Inra et du CEA (Genoscope) ont d’ores et déjà pris en charge le séquençage de 2 autres chromosomes.

1 Une séquence de référence constitue la séquence assemblée et ordonnée de tous les gènes, dans le cas présent du chromosome 3B du blé, qui servira de base pour toutes futures recherches sur la génétique du blé.

2 Le génome est l'ensemble des chromosomes, et par extension l'ensemble des gènes, portant le patrimoine génétique d'un individu.

Référence

Frédéric Choulet, Adriana Alberti, Sébastien Theil, Natasha Glover, Valérie Barbe, Josquin Daron, Lise Pingault, Pierre Sourdille, Arnaud Couloux, Etienne Paux, Philippe Leroy, Sophie Mangenot, Nicolas Guilhot, Jacques Le Gouis, Francois Balfourier, Michael Alaux, Véronique Jamilloux, Julie Poulain, Céline Durand, Arnaud Bellec, Christine Gaspin, Jan Safar, Jaroslav Dolezel, Jane Rogers, Klaas Vandepoele, Jean-Marc Aury, Klaus Mayer, Hélène Berges, Hadi Quesneville, Patrick Wincker, Catherine Feuillet. Structural and Functional Partitioning of Bread Wheat Chromosome 3B. Science, 18 juillet 2014. DOI: 10.1126/science.1249721

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Une unité de recherche pionnière sur le blé

Depuis 2005 et la naissance du Consortium International de Séquençage du Génome du Blé (www.wheatgenome.org) au sein duquel elle joue un rôle majeur, l'Unité « Génétique Diversité et Ecophysiologie des Céréales » (UMR INRA-Université Blaise Pascal GDEC) à Clermont-Ferrand est pionnière sur la génomique du blé. Elle a ainsi établi la première carte physique du chromosome 3B (Paux et al. Science 2008), et a acquis une position de leader international dans ce domaine. Aujourd'hui, avec la publication de la première séquence de référence de ce chromosome, la position de leader de l’UMR GDEC en génétique et génomique du blé tendre est confortée, et de façon plus générale celle de l'Inra comme acteur majeur de la génomique végétale au niveau international. Cette première séquence fixe les standards à suivre et ouvre la voie à la production d'une séquence de référence du génome complet.