Décrypter le blé tendre moderne à partir des gènes

Une équipe de chercheurs internationaux dirigée par la KAUST a développé une ressource génomique pour l’espèce d’herbe sauvage Aegilops tauschii. Cette nouvelle compréhension accélérera la recherche sur la découverte de gènes et jettera un nouvel éclairage sur l’histoire de la génétique évolutive du blé.

Le blé tendre moderne (Triticum aestivum) est issu de l’hybridation de trois espèces de graminées sauvages. L’une d’entre elles (Ae. tauschii) est connue comme étant la donneuse du génome D du blé tendre. Aujourd’hui, les espèces apparentées au blé sauvage représentent un réservoir génétique de gènes potentiellement bénéfiques qui pourraient être utilisés pour améliorer les variétés de blé modernes.

Les chercheurs de KAUST, Brande Wulff et Simon Krattinger, ont collaboré à de nombreux projets visant à cloner des gènes du blé et de plantes sauvages apparentées, ainsi qu’à identifier le rôle de divers composés dans la résistance aux maladies du blé.

Aujourd’hui, les chercheurs en doctorat des deux groupes, Emile Cavalet-Giorsa et Andrea Gonzalez-Munoz, ainsi que le post-doctorant Naveenkumar Athiyannan, ont dirigé un projet de recherche international qui établit un ensemble complet de ressources génomiques pour Ae. tauschii. La recherche est publiée dans la revue Nature.

Le pangénome d’Ae. tauschii

Le laboratoire Wulff a dirigé les efforts visant à générer un pangénome pour l’espèce en tant que ressource génomique pour la découverte de gènes de résistance.

À partir d’une collection initiale de 900 échantillons, ou accessions, d’Ae. tauschii, les chercheurs ont compilé 493 accessions génétiquement distinctes. Ils ont ensuite contacté l’Open Wild Wheat Consortium (OWWC) pour sélectionner les accessions présentant des caractéristiques intéressantes pour d’autres chercheurs.

Ce point était crucial pour le projet, qui a nécessité un investissement important en ressources. L’OWWC est une collaboration internationale majeure visant à améliorer le blé en explorant la diversité génétique utile des espèces sauvages apparentées aux plantes cultivées. Le consortium rassemble des groupes de recherche et des chercheurs de 15 pays.

« De nombreuses accessions que nous avons sélectionnées possèdent des gènes de résistance aux maladies ou des caractéristiques agronomiques intéressantes, comme la tolérance au stress », explique Gonzalez-Munoz. « D’autres chercheurs de l’OWWC utilisent ces lignées, ce qui leur permet de bénéficier d’un assemblage génomique de haute qualité. »

Après cette saisie et ce filtrage pour garantir que la diversité génétique de l’espèce était représentée, l’équipe a compilé 46 assemblages de génomes de haute qualité d’Ae. tauschii.

Découverte de gènes

La valeur de ces assemblages de gènes réside dans leur potentiel de découverte de gènes. Gonzalez-Munoz et Athiyannan ont ensuite passé au crible les assemblages pour identifier les gènes de résistance à la rouille.

Un gène de résistance à la rouille de la tige qui avait été transféré – un processus appelé introgression – dans le blé tendre à partir de l’une des accessions d’Ae. tauschii a été génétiquement cartographié sur le locus de résistance à la rouille de la tige Sr33.

« Dans le cas du gène de la rouille de la tige (Sr66), jusqu’à présent, nous manquions d’un assemblage contenant à la fois Sr33 et Sr66 dans la même accession », explique Athiyannan.

« Des travaux antérieurs nous avaient amenés à nous demander s’il s’agissait de deux gènes distincts ou d’allèles du même gène.

« Maintenant, grâce à la découverte de cette accession qui contient les deux gènes situés à des positions différentes, nous pouvons confirmer qu’il s’agit de gènes différents », explique-t-il.

Dans une autre découverte importante, les chercheurs ont également identifié un gène de résistance à la rouille des feuilles qui code la protéine kinase tandem du blé, une classe de résistance récemment émergente, avec des domaines intégrés uniques.

Gonzalez-Munoz utilise désormais ces ressources pour découvrir un gène doté d’un trait associé à la tolérance au stress.

Origine et évolution du génome D du blé

Cavalet-Giorsa, quant à lui, s’est concentré sur l’analyse du génome du blé. « Le blé présente de nombreuses introgressions, c’est-à-dire des hybridations qui se sont produites naturellement à partir de parents sauvages », explique-t-il.

« Il est important de comprendre la contribution des différents parents sauvages pour expliquer la diversité et l’adaptabilité du blé et peut-être aussi son histoire évolutive. »

Ces introgressions ont joué un rôle majeur dans le rétablissement de la diversité génétique après un goulot d’étranglement génétique massif. Sans ces introgressions précoces, il est peu probable que le blé tendre soit devenu une plante cultivée aussi largement.

« Nous avons développé des outils qui nous ont permis pour la première fois de retracer et de suivre en détail la dynamique d’une introgression particulière (L3) », note Cavalet-Giorsa.

Ces travaux soulèvent de nouvelles questions pour la génomique et la sélection du blé, notamment en mettant l’accent sur l’adaptation.