Détection de réseaux de gènes Coadaptés par analyse de la Diversité génétique à l’échelle du génome: application à la légumineuse modèle Medicago truncatula – DeCoD

Le changement climatique est une menace pour la sécurité alimentaire à l’échelle mondiale. Dans ce contexte, la production agricole doit s’adapter. Une stratégie reconnue est de développer des ressources génétiques capables de faire face aux conditions locales abiotiques et biotiques (Défi 5, Axe 1 de recherche de l’ANR). La sélection assistée par marqueurs (SAM) permet d’intégrer des gènes de l’adaptation ou des Quantitative Trait Loci (QTL) dans des variétés élites. Mais ces gènes d’intérêt agronomique doivent d’abord être identifiés par des approches génétiques. La cartographie de QTL est une approche puissante pour identifier les bases génétiques des caractères complexes, comme les réseaux de locus sous-jacents à travers l’analyse des interactions épistatiques, mais au prix d’un coût et d’un temps de production de populations en ségrégation pour le caractère d’intérêt, d’une imprécision de cartographie, et d’une limitation à la diversité génétique des lignées parentales du croisement. Grâce aux coûts décroissants du séquençage des génomes, on peut identifier des variants génétiques associés à diverses adaptations à l’échelle de l’espèce par des approches de génomique des populations et d’association génotype-phénotype (Genome-Wide Association Study), du fait qu’ils sont la cible de la sélection naturelle ou bien associés à des caractéristiques avantageuses (résistance aux stress, rendement…). Depuis mon recrutement au LRSV en 2010 en tant que Maître de Conférences, je développe ces approches pour identifier les bases génétiques de l’adaptation chez Medicago truncatula, une légumineuse modèle pour l’étude des interactions entre les plantes et les micro-organismes (Bonhomme et al. 2014, New Phytol; Bonhomme et al. 2015, Mol Biol Evol). La cartographie par génétique d’association est puissante, très résolutive et permet de tester d’éventuelles interactions entre gènes causaux, bien qu’au prix d’un temps de calcul restrictif, mais le phénotypage d’un grand nombre d’individus reste une lourde tâche et les résultats sont très dépendants du caractère mesuré et de l’environnement. Les approches de génomique des populations focalisent seulement sur l’analyse des polymorphismes moléculaires, mais détectent difficilement les réseaux de gènes sans l’apport d’informations biologiques supplémentaires. Afin d’accélérer l’amélioration génétique des légumineuses cultivées (soja, pois) et autres grandes cultures, les programmes de sélection ne devront pas seulement cibler certains gènes mais plutôt les réseaux de gènes conférant une adaptation locale. Des méthodes génétiques peu coûteuses et innovantes doivent être développées pour identifier ces réseaux. C’est l’objectif du projet DeCoD, soumis à l’ANR dans le cadre de l’instrument de financement JCJC.
Ce projet vise (i) à développer des approches de génétique des populations innovantes pour identifier des réseaux de gènes « coadaptés », en exploitant la signature génétique de la sélection épistatique entre les gènes d’un même réseau biologique, (ii) à appliquer ces méthodes sur des données massives de polymorphismes moléculaires (16 millions de Single Nucleotide Polymorphisms – SNPs) afin de valider, compléter et identifier de nouveaux réseaux géniques impliqués dans l’adaptation de M. truncatula à son environnement, et enfin (iii) à valider fonctionnellement le rôle de certains gènes et réseaux de gènes candidats dans la réponse adaptative de M. truncatula aux micro-organismes racinaires pathogènes et symbiotiques, puis identifier les variants génétiques orthologues de ces réseaux chez les légumineuses cultivées. La perspective immédiate de ce projet est le transfert des connaissances pour accélérer l’amélioration génétique des légumineuses cultivées par des techniques de type SAM. Les méthodes développées pourront être appliquées aux données de SNPs issues des projets de séquençage massif en cours chez les légumineuses cultivées, et plus largement chez les espèces domestiquées.