– PaleoCereal
La paléogénomique consiste en l?étude des génomes ancêtres des espèces vivantes à l?heure actuelle et permet l?identification et la caractérisation des mécanismes (i.e. duplications, translocations et inversion) qui ont modelé les espèces au cours de leur évolution. La paléogénomique permet également de définir des outils pour la cartographie génétique et physique sur la base d?une connaissance précise des relations de synténie entre ces génomes, i.e. clonage positionnel de gènes d?intérêt agronomique par colinéarité génomique. L?analyse de la structure des génomes ancêtres peut être réalisée par (i) l?accès à la séquence d?ADN fossile comme c?est le cas chez les mammifères ou (ii) par modélisation basée sur l?étude de la comparaison des génomes (colinéarité, synténie) des espèces actuelles. Contrairement aux mammifères, la paléogénomique a été très peu étudiée chez les plantes et plus particulièrement chez les céréales car ces espèces ont subies un nombre important de duplications génomiques ou segmentales, des diplo?disations, ainsi que des réarrangements locaux (translocation, conversion génique) rendant l?analyse comparative des génomes détaillée complexe. Nous avons publié récemment une analyse de paléogénomique chez les céréales en caractérisant et en combinant des données de génomique comparée intra-espèces (analyse de duplications) et inter-espèces (analyse de synténie). Ces comparaisons ont été réalisées entre la séquence du génome du riz et des cartes génétiques ?haute résolution? construites avec des marqueurs dérivés d?EST (blé, maïs, sorgho). L?analyse et l?identification de duplications conservées (ancestrales) entre ces quatre espèces ont permit de définir un modèle évolutif des céréales à partir d?un ancêtre à cinq chromosomes (proto-chromosomes). Cet ancêtre a subi un événement de duplication entier de son génome, suivit de deux translocations puis fusions interchromosomiques il y a 50-70 millions d?années donnant un ancêtre intermédiaire à 12 chromosomes. Dans ce ancêtre, le riz a conservé cette structure à 12 chromosomes, qui a été réduite chez les autres céréales. Pour le blé, 5 fusions chromosomiques ont abouti à un ancêtre des Triticeae à 7 chromosomes. Les génomes du maïs et du sorgho ont évolué par la fusion de 2 chromosomes donnant un ancêtre des Panicoideae à 10 chromosomes. Puis ces deux céréales ont évolué indépendamment; le génome du sorgho à conservé cette structure à 10 chromosomes ancestraux et le maïs a subit un événement de duplication complet de son génome pour aboutir à 20 chromosomes suivi de 17 fusions chromosomiques pour obtenir la structure actuelle de 10 chromosomes. Ce modèle évolutif est basé sur la comparaison d?un seul génome séquencé (le riz) avec des carte génétiques de haute résolution porteuses de marqueurs EST (blé, ma?s, sorgho). L?accès depuis 2008 dans le cadre de collaboration avec J. Messing (The Plant Genome Initiative at Rutgers (PGIR), USA) et M Bevan (John Innes Center, UK) à 3 génomes de céréales majeures largement séquencés (ma?s 60 284 gènes; sorgho 34 008 gènes; brachypodium 21 317 gènes) offre l?opportunité d?aller au delà de la simple identification du nombre minimum de chromosomes ancestraux par la modélisation du nombre et de l?ordre des gènes au sein des 5 proto-chromosomes ainsi que d?estimer la taille physique du génome ancestral des céréales ; ces deux critères (nombre de gènes ancestraux et taille du génome ancestral) font l?objet d?intenses spéculations depuis 10 ans (Premier délivrable du projet pour des aspect fondamentaux). L?accès à la ?carte physique? de l?ancêtre des céréales ouvre de nouvelles perspectives pour (i) répondre à des questions fondamentales liées à l?évolution des génomes végétaux [Quelle famille de gènes a été préférentiellement amplifiée durant l?évolution des céréales ? Quelle famille de gènes a été préférentiellement impactée par la néo/sub-fonctionnalisation ?] ainsi que (ii) développer de nouveaux outils de génomique [marqueurs COS for Conserved Orthologous Set pour la cartographie génétique fine ; ou gènes candidats pour les metaQTL de rendement (grain/m2, grain/épis, taille du grain) identifiés au laboratoire et conservés on position orthologue) principalement pour les espèces d?intérêt agronomique non encore séquencées comme le blé et l?orge (Deuxième délivrable du projet pour des aspect appliqués). Les outils (marqueurs COS et autres gènes candidats) issus de ce programme seront délivrés et ainsi accessibles aux projets en cours traitant de cartographie physique et génétique chez le blé (notamment le programme européen FP7 ?Triticeae Genome? coordonné par C. Feuillet).
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Début et durée du projet scientifique :
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