Étude d'association sur génome entier entre variation structurale, variation des caractères d'intérêt agronomique et hétérosis chez le maïs – CNV-MAIZE

Les variations structurales (SV) intraspécifiques des génomes, telles que les insertions, délétions, duplications, inversions et translocations, ont été jusqu’ici considérées comme des évènements rares impactant peu les variations phénotypiques. De récentes études montrent que ces SV, en particulier chez le maïs, concernent une part du génome plus importante qu’attendu. La compréhension de la structure, de l’évolution et de la variabilité du génome du maïs nécessite une étude approfondie de ces SV. Le maïs étant l’une des céréales majeures, la découverte de SV particulières affectant le nombre de copie (CNV) ou la présence/absence (PAV) de séquences géniques est importante pour évaluer leur contribution aux variations des caractères complexes et à l’hétérosis. Les ressources génétiques du maïs comprennent des lignées très contrastées présentant vraisemblablement d’importants SV.
Nous proposons dans ce projet une stratégie originale combinant les techniques de séquençage de nouvelle génération et l’hybridation génomique comparative sur puce d’ADN (aCGH) pour la caractérisation des SV du maïs à l’échelle du génome. Ce projet sera conduit par trois équipes françaises leader en génomique et génétique du maïs ainsi qu’en statistique pour l’étude des génomes, ce qui permettra de rassembler des compétences complémentaires en bioinformatique, biologie moléculaire et statistiques. Le projet bénéficiera des appuis décisifs offerts par une équipe américaine pionnière du domaine, qui a contribué au séquençage du génome du maïs, d’une société de biotechnologie leader dans la conception et la production des aCGH et du Génoscope.
Dans un premier temps, nous identifierons à l’aide de puces aCGH les CNV présents dans une «core collection» de lignées américaines et européennes. La séquence du génome de la lignée B73 a été achevée et une puce aCGH est d’ores et déjà disponible. Pour mettre en évidence le plus de CNV possibles, notamment ceux qui pourraient être spécifiques des maïs européens, nous allons enrichir cette puce aCGH avec les régions du génome spécifiques de la lignée française F2, largement utilisée dans les programmes de sélection européens. L’hybridation des ADN génomiques de notre core collection sur cette nouvelle puce CGH pangénomique permettra de caractériser l’étendue, l’organisation et la nature des CNV chez le maïs.
Dans un second temps, les CNV les plus pertinents parmi ceux découverts dans la phase précédente seront utilisés pour construire une puce aCGH innovante destinée au génotypage d’un large panel d’association. Pour déterminer si l’information apportée par les SV peut être complémentaire de celle issue des marqueurs conventionnels (SNP) pour des études de génétique d’association, nous caractériserons la nature et la prévalence de chaque SV d’intérêt ainsi que sa liaison avec les autres types de polymorphismes. Des approches de LD mapping («Linkage Disequilibrium») que nous aurons spécialement adaptées pour l’utilisation des SV permettront d’étudier les associations génotype-phénotype pour des caractères d’intérêt agronomique au niveau de l’ensemble du génome (GWAS). Nous essaierons en particulier de déterminer la valeur prédictive des SV au regard de l’intensité de l’hétérosis. Nous développerons également les méthodologies nécessaires pour la prise en compte de ces nouvelles informations dans les programmes de sélection variétale. Finalement, à partir des SV les plus significatifs en GWAS, nous construirons une boîte à outils de marqueurs CNV au profit de la communauté maïs. Ces nouveaux marqueurs seront très utiles aux futures études sur la recombinaison, la plasticité des chromosomes et l’hétérosis. Le développement de marqueurs spécifiques des lignées européennes offrira un apport crucial pour les travaux de sélection européens et, de façon générale, contribuera significativement aux futurs programmes de recherche sur le maïs en Europe.