Amélioration du colza pour la résistance aux insectes: Déterminants chimiques et génétiques de la résistance au méligèthe du colza chez Sinapis alba – BRING IT ON

BRING IT ON cherche à déterminer les composantes génétiques et biochimiques de la résistance dans trois sources différentes issues de Sinapis alba: INN_Sa_PB_001, INN_Sa_PB_002 et INN_Sa_PB_003.
Pour adresser les composantes génétiques, chaque source a été croisée avec une accession sensible, INN_Sa_PB_004 pour développer une population en ségrégation par SSD, d'abord au stade F3 (environ 250 individus par population), puis au stade F6 (entre 100 et 150 individus par population). Les plantes F2 et F5 ayant généré les lots F3 et F6 respectivement, ont été génotypées avec 10 000 SNP spécifiques à la moutarde blanche et couvrant l'ensemble du génome. Le phénotypage des lots F3 et F6 pour la résistance au méligèthe a été réalisé en conditions contrôlées en plaçant quatre méligèthes par inflorescence principale pour 10 plantes par lot F3 ou F6 (Bellec et al 2022). Une analyse QTL par Composite Interval Mapping a ensuite été réalisée en confrontant les données génotypiques et phénotypiques.
Les composantes biochimiques ont été étudiées au travers d'un bioassay permettant d'observer le comportement alimentaire des méligèthes sur milieu synthétique. Deux méligèthes, affamé pendant 72h, sont exposés à deux pastille d'agar complétée par du sucre et des éléments à évaluer. Un suivi par videotracking est opéré pendant 3h pour déterminer l'attractivité ou le rejet pour l'alimentation, sur 30 répétitions. Les méligèthes ont été exposés à 10 répétitions d'une extraction totale des composés du périanthe de chaque accession résistante en comparaison avec l'accession sensible, puis des fractions et sous-fractions ont été générées après l'application de différents solvants (hexane, dichlorométhane, methanol, en combinaisons). Une analyse en UPLC-MS a ensuite été réalisée sur les fractions discriminantes entre sensible et résistant pour déterminer la composition et ainsi les composés candidats potentiels.
La confirmation de l'effet des QTL sera recherchée par l'étude de matériel indépendant, notamment un panel de lignées ou des HIF, ségrégeant pour les allèles aux QTL, dans des expérimentation en conditions contrôlées et dans cinq essais au champ. De la même façon, l'effet des composés candidats sera confirmé en testant les composés purs, ou en combinaison.
L'identification de marqueurs moléculaires diagnostics s'appuiera sur la séquence du génome de chacune des sources de résistance. Pour cela, des assemblages avec séquençage long reads et carte optique ont été générés. Une bio-analyse des régions correspondant aux QTL ainsi qu'aux voies de biosynthèse des composés candidats permettra également d'accéder à des gènes candidats. Ces éléments, ainsi que l'ensemble des données génomiques et métabolomiques disponibles publiquement pour les Brassicacea permettra d'identifier des voies d'accélération possibles pour le transfert de la résistance au colza.

BRING IT ON a connu, lors de la première moitié du projet, des premières réussites à la fois sur le plan génétique et sur l'approche biochimique.
Les premières analyses QTL, avec deux populations F3, ont permis d'identifier trois QTL, deux issus d'INN_Sa_PB_001, sur les chromosomes S06 et S09, tandis qu'INN_Sa_PB_002 semble porter un seul QTL, également sur le chromosome S06. Le positionnement sur les génomes nous a indiqué que les régions identifiées sur le chromosome S06 se chevauchent, il semblerait donc que cette portion de résistance soit commune entre les deux sources de résistance.
L'approche biochimique par fractionnement bioguidé a également été réalisée sur INN_Sa_PB_001 et INN_Sa_PB_002. Ainsi, un effet dissuasif a été observé pour une sous-fraction commune aux deux accessions et quatre autres sous-fractions semblent actives chez l'accession la plus résistante, INN_Sa_PB_001. Après analyses métaboliques, sept métabolites candidats ont été mis en avant, parmi lesquels quatre ont pu être identifiés.

Les perspectives pour la deuxième moitié du projet incluent la finalisation des activités de découverte, notamment la préparation du matériel au stade F6 , le génotypage et phénotypage de ce matériel, puis l’analyse QTL affinée, mais aussi l’identification de fractions actives pour la troisième source de résistance INN_Sa_PB_003 et l’identification des composés candidats.
Les activités de validation pourront également être mises en œuvre. Sur le plan biochimique, l’effet des composés candidats sera testé à l’aide d’un bioassay. Sur le plan génétique, la préparation de matériel dédié a déjà débuté, avec la fixation d’un panel de 80 accessions de moutarde. La préparation de matériel HIF à partir des individus F5 des populations a en revanche été reportée, la taille des QTL découverts étant trop large pour une sélection d’individus à dériver. Ce matériel sera ensuite évalué en conditions contrôlées ainsi qu’au champ.
Enfin, l’ensemble des données de découverte et de validation seront exploitées par des bioanalyses permettant d’aboutir à une liste de gènes candidats chez la moutarde blanche, impliqués dans la résistance, mais aussi à une liste de métabolites présents chez les espèces plus proches du colza.

Les résultats de BRING IT ON n'ont pas encore fait l'objet d'une publication spécifique. Ils seront néanmoins présenté à l'International Rapeseed conference en Septembre 2023 à Sydney. Certains résultats ont aussi été repris dans deux chapitres de la thèse de Laura Bellec: «Un tango à trois: combiner l'écologie nutritionnelle et chimique à la génétique quantitative pour élucider les déterminants de la sélection de la plante hôte chez un insecte phytophage«, présentée et soutenue le 9 Juin 2023.

Le projet BRING IT ON a pour objectif d’apporter une solution pour sélectionner des colzas (Brassica napus) pour la résistance à l’un de ses principaux ravageurs, le méligèthe (Brassicogethes aeneus). Ainsi, il cible la thématique principale « Conception de systèmes plus résilients aux bio-agresseurs » avec une résistance variétale qui pourrait être utilisée dans différents systèmes de culture. Nos résultats montrent qu’une telle résistance existe chez une espèce proche, Sinapis alba, et nous avons identifié et confirmé des accessions contrastées à la fois au champ et en conditions contrôlées. Sans autre option pour la sélection de résistance chez le colza, notre solution est actuellement au niveau TRL4. Cependant, pour atteindre le niveau TRL5, nous devons nous assurer de l’efficacité de transfert de la résistance chez B. napus. La compréhension des déterminants génétiques et chimiques donnera les outils pour permettre ce transfert et accélérer la sélection. En effet, le colza se dirige vers une impasse en tant que culture si aucune solution pour échapper à la dépendance aux insecticides n’est trouvée. Enfin, bien que spécifique à la résistance au méligèthe, notre projet génèrera des ressources qui pourront être utilisées pour d’autres ravageurs du colza et des méthodes pour d’autres interactions plante-insecte.
BRING IT ON vise à utiliser la diversité de résistance présente chez S. alba pour identifier les déterminants génétiques de cette résistance et les composés chimiques produits par les accessions résistantes de S. alba. Des ressources génétiques et génomiques pour S. alba seront construites à partir de trois sources de résistance et des analyses QTL seront réalisées pour identifier des régions génomiques impliquées dans la résistance. En parallèle, nos résultats précédents ayant montrés que la résistance est exprimée après des contacts entre l’insecte et la plante, l’identification de composés chimiques produits par la plante et dissuasifs pour le méligèthe indiquera les voies de biosynthèse à améliorer par la sélection. La combinaison des deux approches guidera la priorisation des régions à cibler pour validation et utilisation en sélection.
Ainsi, les principaux utilisateurs de la solution seront les sélectionneurs qui pourront rapidement exploiter cette solution pour générer des variétés de colza résistantes. A partir des sorties attendues de BRING IT ON, la sélection assistée par marqueur des régions ou gènes candidats sera utilisée pour générer des variétés résistantes en moins de 10 ans.
En ligne avec le plan Ecophyto, notre solution permettra une réduction des traitements insecticides. Ainsi, elle bénéficiera aux agriculteurs sur le plan économique et pour leur santé. La réduction en traitement pesticide au printemps aura aussi un impact sur les populations d’insectes bénéfiques, comme les abeilles ou agents de biocontrôle. D’après une enquête menée par Terres Inovia en 2020, les variétés résistantes, couplées à des pratiques culturales vertueuses permettraient d’éviter en moyenne 1,2 traitement insecticide par an.
BRING IT ON est construit autour d’un consortium complémentaire avec 1) une entreprise (INNOLEA, Partner1) dédiée à l’identification et la compréhension d’allèles bénéfiques pour la sélection des oléagineux, en ligne avec trois entreprises de sélection majeures en France (Lidea, Limagrain et RAGT) et apportant une forte expertise en génétique, 2) un institut public (IGEPP, Partner2) spécialisé dans le développement de solutions innovantes et durables pour la production et la protection des plantes et amenant une expertise forte en écologie chimique et 3 ! un institut de recherche appliquée (Terres Inovia, Partner3) pour les cultures oléagineuses et le chanvre, avec un objectif d’aide aux agriculteurs dans le choix de leur production diversifiée et durable, amenant un expertise forte de l’évaluation au champ.