Histoire, origine et diffusion de l'agriculture: nouvelles preuves de l'archaeobotanie et de la paléogénomique – ArkaeoAG

À partir de 65 sites archéologiques référencés donnant accès à 88 assemblages de grains et de pains de blé provenant de 12 taxons et datant de 9 500 avant J. C.-1 500 après J. C., ArkaeoAG propose, au travers d’approches intégrées d’archéobotanique (enquête sur les interactions passées homme-plante) et de paléogénomique (analyse de l'ADN ancien), de fournir de nouvelles perspectives sur l'histoire fascinante d'une espèce végétale - le blé - qui, depuis son origine dans le Croissant fertile au début du Néolithique, s'est propagée avec les communautés humaines sur tous les continents pour devenir la principale culture céréalière dans le monde, comprenant aujourd'hui plusieurs milliers de variétés modernes adaptées à un large éventail d'environnements et d'utilisations humaines. Les différents centres d'origine mais aussi les voies de contacts, de migrations ou d'échanges entre agriculteurs fondateurs, indépendants et disséminés en Europe, tous ces événements historiques seront retracés par les recherches archéologiques et d'ADN ancien sur des restes de blé couvrant les 10 000 dernières années.

Dans le cadre du projet ArkaeoAG, nous avons analysé des restes de blé provenant de 19 sites néolithiques (échantillons carbonisés), de 16 sites néolithiques/chacolithiques (pâte cuite et pain) et de 24 sites archéologiques (analyses d'ADN ancien – WP2), atteignant ainsi les objectifs initiaux du projet (65 sites archéologiques – 88 assemblages de restes – 12 taxons – datant de 9500 av. J.-C. à 1500 apr. J.-C.). Si une grande partie de ces échantillons reste à analyser dans les années à venir, 38 macro-restes archéologiques ont déjà fait l'objet d'études génétiques et 21 blés archéologiques ont été authentifiés. De manière générale, les analyses génétiques ont permis d'affiner l'identification carpologique, et une collection Careiron et Pesquier a révélé des macro-restes de blé séchés présentant une conservation d'ADN dix fois supérieures à celles observées lors de la conservation en milieu humide (échantillons gorgés d'eau). Nous avons comparé la séquence génomique des échantillons d'ADN ancien avec 287 génotypes représentant les populations actuelles de blés sauvages et domestiqués à travers le monde, à partir de données de séquençage d'exomes. Malgré quelques échantillons identifiés génétiquement comme appartenant à l'orge, la grande majorité des anciens échantillons de blés cultivés, authentifiés génétiquement, ne correspondent à aucun des blés modernes utilisés pour les pâtes (T. durum, un seul blé ancien identifié) ou le pain (T. aestivum, aucun blé ancien identifié). Cette diversité ancestrale révélée ouvre de nouvelles perspectives pour la sélection variétale moderne. Nous avons finalement intégré l'ensemble des résultats d'ArkeaoAG dans des articles de synthèse afin de présenter l'état actuel des connaissances sur les origines de la culture du blé, de sa domestication durant l'Holocène à l'intensification de sa sélection et de son amélioration variétale au cours des derniers siècles, en tant que marqueur de l'histoire humaine. Ces articles offrent également des perspectives sur la manière de tirer parti de cette histoire pour développer les variétés de demain, adaptées aux nouveaux défis de l'agriculture.

Nous avons finalement intégré l'ensemble des résultats d'ArkeaoAG dans des articles de synthèse afin de présenter l'état actuel des connaissances sur les origines de la culture du blé, de sa domestication durant l'Holocène à l'intensification de sa sélection et de son amélioration variétale au cours des derniers siècles, en tant que marqueur de l'histoire humaine. Ces articles offrent également des perspectives sur la manière de tirer parti de cette histoire pour développer les variétés de demain, adaptées aux nouveaux défis de l'agriculture. ArkaeoAG répond à un enjeu sociétal majeur en ouvrant la voie à la reconstitution des trajectoires évolutives passées du blé en réponse à des moteurs naturels et/ou anthropiques en traquant les changements génomiques au sein de vestiges archéobotaniques datés. ArkaeoAG propose ainsi un changement de paradigme où l'adaptation aux fluctuations climatiques futures ne peut pas reposer uniquement sur la diversité allélique des cultures modernes mais nécessite l'identification de la variabilité «cachée« qui peut ne plus être active dans les génomes modernes , mais identifiable dans ADN ancien.

Pont C. et al., 2019. Paleogenomics: reconstruction of plant evolutionary trajectories from modern and ancient DNA. Genome Biology, 20 (1): 29

ArkaeoAG vise à retracer l'origine et l’expansion de l'agriculture pendant l'Holocène en tant que processus majeur dans la structuration socio-économique de la civilisation moderne. Pour atteindre cet objectif, ArkaeoAG fait appel à des spécialistes en paléogénomique, biologie évolutive, archéobotanique, carpologie et paléoécologie pour étudier les restes de blé (Triticum spp.) préservés dans des sédiments. À partir de 65 sites archéologiques référencés donnant accès à 88 assemblages de grains et de pains de blé provenant de 12 taxons et datant de 9500 avant JC-1500 après JC, ArkaeoAG propose, au travers d’approches d’archéobotanique (enquête sur les interactions passées homme-plante, WP1) et de paléogénomique (analyse de l'ADN ancien, WP2) intégrées (WP3), de fournir de nouvelles perspectives sur l'histoire fascinante d'une espèce végétale - le blé - qui, depuis son origine dans le Croissant fertile au début du Néolithique, s'est propagée avec les communautés humaines sur tous les continents pour devenir la principale culture céréalière dans le monde, comprenant aujourd'hui plusieurs milliers de variétés modernes enregistrées adaptées à un large éventail d'environnements et d'utilisations humaines. Les différents centres d'origine mais aussi les voies de contacts, de migrations ou d'échanges entre agriculteurs fondateurs, indépendants et disséminés en Europe, tous ces événements historiques seront retracés par les recherches archéologiques et d'ADN ancien sur des restes de blé couvrant les 10 000 dernières années. ArkaeoAG vise à (i) reconstruire les étapes micro-évolutives de la domestication du blé (origine et expansion) héritées de l'histoire de la population humaine (migration, mélange, culture et sélection), (ii) caractériser des allèles intermédiaires ou éteints de gènes liés aux traits agronomiques offrant une diversité allélique aujourd’hui perdue à utiliser pour repenser les futurs schémas de sélection variétale. Les différentes approches (archéologie, archéobotanie, paléogénomique) fourniront des preuves complémentaires de parenté des blés anciens entre différents sites géographiques et différentes époques qui seront utilisées comme proxy pour reconstruire l'histoire de la culture du blé et évaluer dans quelle mesure elle reflétait celle des populations humaines. Globalement, en plus d'être emblématique du patrimoine français reconnu internationalement par sa ‘culture’ du pain, le blé est une culture modèle pour laquelle la reconstitution en profondeur des étapes micro-évolutives de sa domestication renseigne précisément sur l'histoire de la population humaine (origines, contacts, mouvements). ArkaeoAG fournira enfin des ressources, à partir des blés anciens étudiés, d'un intérêt majeur pour repenser les futurs programmes de sélection dans le contexte d'une agriculture durable. La coordination du projet (WP4) sera réalisée au sein d’un comité de pilotage constitué d'un représentant de chaque équipe impliquée dans le projet pour organiser chaque étape de l'avancement des travaux concernant la gestion de projet et la gestion des données pendant la durée du projet.