Analyse du devenir des introgressions d'espèces sauvages dans le génome de blé – DeFI-Wheat

L’augmentation démographique prévue pour les 50 prochaines années va induire un accroissement de la demande en céréales pour l’alimentation et les besoins industriels. De plus, il va y avoir une diminution des surfaces cultivables, et l’agriculture devra faire face à de nouvelles contraintes écologiques, en utilisant moins d’engrais, d’herbicides, de pesticides et d’eau et à de nouveaux défis environnementaux (stress hydriques et thermiques) dus au changement climatique. Pour satisfaire la demande croissante d’ici 2050, la production de céréales devra donc être significativement accrue, tout en prenant en compte un contexte d’agriculture durable.
Une façon de relever ce défi est de mieux exploiter les ressources génétiques disponibles qui restent sous-utilisées alors qu’elles sont extrêmement étendues chez les céréales à paille comme le blé. Depuis les années 1960, des gènes de résistance ont été régulièrement introduits au sein du génome de blé (Triticum aestivum; 2n = 6x = 42; génome AABBDD) en utilisant diverses espèces sauvages. Un des exemples les plus emblématiques est l’introgression d’un locus de résistance à la rouille (Lr37/Yr17/Sr38) sur le chromosome 2A (translocation 2A/2N) et d’un gène de résistance au piétin-verse (Pch1) sur le chromosome 7D (translocation 7D/7Dv) à partir de l’espèce sauvage Aegilops ventricosa (DvDvNN).
L’introgression de ces fragments étrangers a lieu par le biais de crossovers (CO, échanges réciproques de fragments d’ADN entre chromosomes) entre chromosomes apparentés (appelés homéologues) de l’espèce sauvage et du blé. Cependant, les CO entre homéologues sont extrêmement rares et les CO à l’intérieur des introgressions sont bloqués ce qui empêche la réduction de leur taille. Les raisons de ce blocage restent inconnues ce qui explique en grande partie pourquoi les sélectionneurs sont réticents à utiliser les espèces sauvages dans leurs schémas de sélection. L’introgression de caractères bénéfiques entraine souvent l’apport simultané de caractères délétères (perte de rendement, verse…) à cause du phénomène de linkage drag.
DeFI-Wheat propose de résoudre cette énigme pour apporter aux sélectionneurs des solutions pour une meilleure utilisation des introgressions chez le blé. Le projet va focaliser sur deux introgressions dérivées d’Ae. ventricosa (introgressions 2A/2N et 7D/7Dv) et présentes chez la variété Renan. DeFI-Wheat s’appuie sur trois hypothèses pouvant expliquer pourquoi la recombinaison est bloquée dans les introgressions : (1) il y a une absence de synapse entre les introgressions et les régions homéologues du blé ; (2) il y a dans les introgressions une réduction du nombre de cassures double brin (CDB) à l’origine des CO ; (3) il y a une modification du paysage épigénétique entre l’introgression et la situation initiale qui induit des contraintes fortes empêchant les CO.
Pour valider une ou plusieurs de ces hypothèses, le projet sera structuré en trois parties (WP) interconnectées. WP1 va évaluer la capacité des deux introgressions de Renan à s’apparier avec les régions homéologues chez Chinese Spring. Cela sera basé sur une approche cytogénétique utilisant des anticorps appropriés (anti-ASY1 et ZYP1) ainsi que des sondes uniques spécifiques de chaque introgression. WP2 visera à définir le profil des CDB dans les deux introgressions comparativement à celui chez le donneur en utilisant une approche de séquençage des oligonucléotides associés à DMC1. Enfin, WP3 aura comme objectif de déterminer le profil épigénétique au sein des deux introgressions, toujours comparativement au donneur initial, en travaillant directement sur des méiocytes en prophase I (leptotène – diacynèse) et en appliquant des stratégies adaptées (ATAC-Seq, ChIP-Seq).
DeFI-Wheat va produire des connaissances fondamentales pour un meilleur contrôle et une meilleure utilisation de la recombinaison entre chromosomes homéologues pour exploiter plus largement la richesse des ressources génétiques apparentées au