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Le blé attend sa révolution génomique pour son amélioration variétale

Les chercheurs ont pris le taureau par les cornes. Face à un génome du blé monstrueux (cinq fois la taille du génome humain, 39 fois celui du riz…), ils ont créé un consortium international de recherche(1) orienté sur le séquençage du génome du blé tendre. « Nous nous devions de nous partager la tâche en termes de travail et de moyens financiers, » explique Catherine Feuillet, directrice de recherches à l’unité mixte de recherche génétique, diversité et écophysiologie des céréales à l’Inra de Clermont-Ferrand. La chercheuse est l’une des six personnes coordonnant les travaux de par le monde.De l’Europe à l’Australie, de la Chine aux États-Unis, le consortium réunit les organismes publics de recherche et des entreprises privées (comme Limagrain en France) de 26 pays sur les différents continents. Ces pays se sont répartis les chromosomes à décrypter. En Europe, la recherche en génomique se décline autour du projet TriticeaeGenome mis en oeuvre en 2008 et fédérant les travaux de 17 partenaires non seulement sur le blé mais aussi sur l’orge (5,3millions d’euros pour une période de quatre ans). Les équipes européennes coordonnées par Catherine Feuillet ont pris à leur charge la cartographie et le séquençage de trois chromosomes du blé.

CARTE DU PLUS GRAND CHROMOSOME

La France peut se targuer d’avoir apporté la première pierre à l’édifice du décryptage du génome du blé. Un groupe de chercheurs menés par Catherine Feuillet a publié dans la revue Science en 2008 la carte physique du plus grand des 21 chromosomes du blé, le chromosome 3B. À lui tout seul, ce chromosome dernier fait la taille de trois fois le génome entier du riz. La carte physique du chromosome 3B est un outil précieux dans l’identification en particulier de gènes impliqués dans des caractères agronomiques. La méthode qui a permis sa réalisation sert de référence pour les vingt chromosomes restants. « La prochaine étape est le séquençage du chromosome 3B, c’est-à-dire connaître l’agencement de toutes les paires de bases dans le bon ordre qui contiennent l’information génétique », annonce Catherine Feuillet. C’est un premier pas vers le séquençage de l’intégralité du génome de cette céréale que Catherine Feuillet espère pour dans quatre ans, même si pour certains pays, les budgets de financement de recherches ne sont pas encore totalement établis. « Nous n’aurons pas encore la séquence ultra-fine du génome mais nous aurons avancé sur la connaissance de tous les chromosomes. Nous connaîtrons les séquences de certaines zones que nous avons jugées prioritaires car elles comportent des gènes d’intérêt. Une fois dressée, la séquence du génome du blé sera accessible à toutes les entreprises, du public au privé, sans restriction d’utilisation ni de coût, assure-t-elle. C’est la philosophie du consortium. »

RETARD DE DIX ANS DU BLÉ SUR LE MAÏS

Le blé tendre constitue la nourriture de base pour plus d’un tiers de la population mondiale. Pourquoi ne pas avoir entrepris un séquençage plus tôt de cette culture stratégique? « Comparé au maïs, les céréales à paille n’ont pas bénéficié d’autant de moyens pour faire avancer la recherche génomique. On a pris dix ans de retard sur le séquençage du blé par rapport au maïs », observe Catherine Feuillet. D’ailleurs, le maïs continue sa progression en termes de production à l’hectare en France alors que le blé connaît un palier depuis dix à quinze ans. « Les avancées de la recherche sur maïs, pas seulement sur le séquençage, ont indéniablement permis à cette culture de voir ses rendements toujours progresser au champ. Elle ajoute : Le retour sur investissement sur les hybrides maïs pour les semenciers apporte plus d’assurance qu’avec les lignées de blé et c’est une des explications de la différence de moyens en défaveur des céréales à paille. »

Même son de cloche chez Alain Murigneux, directeur des ressources génétiques et du pré-breeding chez Limagrain, qui note que « les États-Unis sont un pays leader en matière de recherches et c’est ce pays qui est la locomotive sur l’amélioration du maïs à travers le monde. Les moyens mis en oeuvre sont importants.De plus, le maïs comporte un génome nettement plus petit que le blé… » Sous-entendu que le séquençage pouvait être plus rapide et demandait moins de moyens que pour un blé.

COUT DU SEQUENCAGE DIVISÉ PAR DIX

Les techniques de séquençage éprouvées sur maïs, ainsi que les nouvelles technologies développées pour le génome humain, profitent maintenant aux céréales à paille. « Nous connaissons une révolution dans ces techniques.Depuis deux ans, le coût des outils de séquençage de nouvelle génération a été divisé par dix, voire par cent, chiffre Catherine Feuillet. Pour le séquençage d’un chromosome, il faut actuellement compter 2 millions d’euros et nous avons l’avantage en France d’avoir le Genoscope d’Évry qui est en veille permanente sur les nouvelles techniques de séquençage. » La France ne serait donc pas à la traîne sur la génomique. Sur les céréales à paille, notre pays et l’Europe d’une façon plus large mènent la danse dans les recherches quand les États-Unis sont à la pointe pour le maïs et l’Asie pour le riz. À chacun sa céréale.

Christian Gloria

(1) International Wheat Genome Sequencing Consortium, IWGSC (www.wheatgenome.org).

EN DETAIL

Les gènes de résistance à la fusariose suivis à la trace

Les marqueurs peuvent être utilisés pour baliser un gène ou une zone génétique. C’est le cas à partir de matériel exotique. L’exemple classique est la résistance à la fusariose sur des blés chinois dont des marqueurs ont été développés pour suivre les régions du génome (des QTL (1)) contenant les gènes impliqués dans la résistance. Par sélection assistée par marqueurs, cette région génétique peut être introduite dans des variétés élite. Les marqueurs facilitent l’empilage de gènes dans une même variété. « Nous avons des QTL contenant un ou plusieurs gènes de résistance connus sur des variétés : un chez Renan, un chez Apache et plusieurs dans des blés chinois. Avec les marqueurs, on peut orienter les croisements et sélectionner dans les plantes, des variétés qui cumulent quatre ou cinq de ces QTL pour obtenir des niveaux de résistance élevés aux fusarioses », décrit Gilles Charmet. Une étape à franchir est de situer précisément les gènes qui sont dans les QTL pour affiner la sélection variétale.

(1) Quantitative trait loci, fragment du chromosome où se trouve un ou plusieurs gènes.

Le blé dur arrimé au blé tendre

Parmi les céréales à paille majeures, le blé dur ferait presque figure de parent pauvre dans les recherches en génomique. Ce serait oublié que blé tendre et blé dur ont deux génomes en commun. Le blé dur est tétraploïde et contient les génomes A et B. On les retrouve dans le blé tendre auquel il faut ajouter un troisième jeu de chromosomes (D) qui fait de cette céréale une espèce hexaploïde. Le séquençage des chromosomes des séries A et B du blé tendre profitera au blé dur et à son amélioration variétale.

Génomique active aussi chez l’orge

Dans la recherche génomique sur les céréales à paille, les orges ne sont pas oubliées, au contraire. La cartographie physique du génome de l’orge est en cours, parfois avec des programmes de recherche communs au blé tendre. Un consortium international(1) s’est constitué en août 2006, un an après celui pour le blé. L’orge a l’avantage de présenter un jeu de chromosomes moins complexe que celui du blé : diploïde (2 n, 7 chromosomes) quand celui du blé est hexaploïde avec trois fois plus de chromosomes et trois génomes (A, B, D). Les pays moteurs pour le séquençage du génome de l’orgesont l’Allemagne, le Royaume-Uni (Écosse) et les États- Unis, l’Australie, le Japon, la Finlande. La cartographie des gènes à haut débit est plus facile et donc plus avancée chez l’orge que chez le blé. Cela veutil dire que nous aurons le séquençage du génome de l’orge avant celui du blé tendre ? En tous cas, l’Allemagne promet l’établissement de la carte physique de tous les chromosomes de l’orge pour 2010.

(1) International Barley Sequencing Consortium (www.barleygenome.org).