Lettre d information N 3 Juin 2015

Transcription

1 Lettre d information N 3 Juin 2015 Au sommaire Tour d horizon d AMAIZING en 2014 p. 2 Zoom sur quelques résultats et faits marquants : Effet de la sélection moderne sur la diversité génétique chez le maïs Un progrès génétique pour le comportement à la sécheresse? Un atlas de l'expression des gènes du génotype FV2 Le Système d Information d AMAIZING (AIS) p. 3 p. 4 p. 4 p. 5 Liste des communications citant AMAIZING (2014/2015) p. 6 Évènements et formations à venir p. 7 AMAIZING a été mis en place pour soutenir la compétitivité de des filières françaises de sélection et de production du maïs tout en répondant aux attentes d une production durable et de qualité. Le projet regroupe 14 unités de recherche publiques françaises impliquant l'inra, le CNRS et des universités, 9 entreprises privées et coopératives, et un institut technique. AMAIZING conjugue des approches génotypiques et phénotypiques mettant en oeuvre des techniques d analyses haut débit afin d identifier les facteurs génétiques impliqués dans les caractères d intérêt agronomique tels que le rendement, la qualité et la tolérance aux stress abiotiques. Le projet permettra in fine de développer des outils et méthodes de sélection innovants pour la création de nouvelles variétés de maïs améliorées

2 Tour d horizon d AMAIZING en 2014 Management du projet (WP1) Les réunions des différents comités de pilotage du projet ont été organisées tout au long de l année et la réunion annuelle rassemblant tous les participants s est déroulée à l ENS de Lyon les 28 et 29 Octobre Bio-informatique (WP2): Le Système d Information AMAIZING (AIS) a été amélioré par de nouveaux outils pour visualiser les données qu il contient, et il a été enrichi par de nouveaux jeux de données provenant des WP3, 4 et 6. Vous trouverez plus d information sur l AIS en page5. Caractérisation de la diversité du maïs européen (WP3) Une première version du pangenome B73-FV2 a été produite. La variation de présence/absence ont été génotypées pour 25 lignées et les régions différentiellement méthylées entre B73 et FV2 ont été identifiées. L organisation de la diversité a été analysée pour plus de 60 lignées européennes et américaines sequencées à une profondeur de 15X. Optimisation des ressources et des approches pour la cartographie des caractères d intérêt et le développement de la sélection génomique (WP4) Le génotypage par séquençage de plus de 1400 lignées a révélé l organisation de la diversité génétique du matériel corné (Cf. Page 3). La production de lignées originales pour analyser l hétérosis a été poursuivie. Une nouvelle méthode permettant d augmenter la puissance des tests de génétique d association a été développée et utilisée. Génétique et écophysiologie de l daptation environnementale et de l hétérosis (WP5) Les expérimentations sur le panel denté (tolérance au froid, utilisation de l eau et de l azote) et le panel heterosis, ainsi que les analyses de métabolomique et de protéomique ont été poursuivies. Validation et caractérisation fine de loci impliqués dans l adaptation environnementale et l hétérosis (WP6) Les populations d introgression, les collections de mutants et les ressources transgéniques ont été avancées et utilisées pour analyser des gènes et des régions d intérêt pour la tolérance au froid, la phénologie, l efficacité d utilisation de l azote et l efficacité d utilisation de l eau. L implémentation d un atlas d expression de gènes a été initiée (Cf. page 4) Approches intégratives (WP7) La sensibilité au potentiel hydrique et aux témpératures élevées a été évaluée pour 250 hybrides et des QTLs ont été détectés. Le progrès génétique pour la tolérance à la sécheresse a été évalué sur 50 hybrides (Cf. page 4). Les modèles de culture ont été révisés pour leur capacité à simuler des réponses aux conditions environnementales.. Intégration des outils et connaissances dans les programmes de sélection et d évaluation de variétés (WP8) L analyse socio-économique sur la motivations des partenaires a été poursuivie. De premières actions concernant l utilisation d allèles spécifiques et l évalutation d équations de prédiction ont été proposées. Dissémination, transfert de technologie et formation (WP9) - 2 nouvelles sessions de formations ont été organisées en 2014 et la préparation de la première conférence internationale a été initiée. Différentes communications sur les résultats d AMAIZING ont été faites (publications dans des revues scientifiques, présentations et posters à des congrès, articles de presse agricole etc. Cf. page 6) p. 2

3 Distance génétique Lettre d information N 3 Juin 2015 Effet de la sélection moderne sur la diversité génétique chez le maïs Les populations ancestrales de maïs cultivées par les agriculteurs avant l apparition des hybrides constituent un gisement de diversité génétique encore peu exploité dans les programmes de sélection du fait de l absence de caractérisation fine de leur diversité génétique. Nous avons développé une nouvelle méthode de génotypage haut débit basée sur une puce à ADN révélant simultanément variations de la séquence du génome afin de caractériser la diversité génétique de 156 populations ancestrales cultivées en Amérique et en Europe, dans des régions tropicales à tempérés. Cette diversité a ensuite été comparée à celle d un panel de diversité de 327 lignées. Nos résultats suggèrent que le passage des populations aux lignées a entraîné des pertes de diversité limitées excepté dans certaines régions génomiques L analyse des distances génétiques entre les lignées et les populations a permis de confirmer la forte contribution aux programmes de sélection de certaines populations telles que Lacaune, Lancaster Sure Crop ou Reid Yellow Dent (Figure 1) mais aussi d identifier des populations génétiquement originales par rapport aux lignées actuellement utilisées dans les programmes de sélection (Figure 1). Cette étude pilote montre que notre approche permet d identifier des sources originales de diversité au sein des populations ancestrales. La production de nouvelles lignées à partir de ces populations permettrait d élargir la base génétique des programmes de sélection. Populations ancestrales Figure 1: Représentation sous forme de boîtes à moustache de la distribution des distances génétiques entre les 327 lignées et chacune des 156 populations. Flèche rouge et bleu = Exemple de populations ayant respectivement aucune lignée proche génétiquement (faible contribution) ou un grand nombre de lignée extrêmement proches génétiquement (forte contribution) p. 3

4 Un progrès génétique pour le comportement à la sécheresse? Une série historique a été rassemblée, formée de 50 hybrides qui ont été des succès commerciaux pour leur génération entre les années 1950 et Elle a été analysée dans 10 expériences en plateformes de phénotypage et 5 essais au champ. Le rendement a augmenté en moyenne de 80 Kg Ha-1 an-1 dans 3 essais en situation hydrique favorable, le même progrès a été observé en déficit hydrique. L'essentiel de ce progrès est lié au nombre de grains, et a donc été acquis avant ou pendant la floraison. Ni l'accumulation de biomasse, ni la vitesse de croissance foliaire ni la réponse de ces deux caractères au déficit hydrique n'ont été améliorés par le progrès génétique. Les résultats suggèrent que ce sont des changements de morphogénèse de l'épi qui ont permis le progrès du rendement dans toutes les conditions hydriques. Il n'y a donc pas eu à proprement parler de progrès de tolérance à la sécheresse, mais un progrès des performances des plantes tant en conditions irriguées qu'en conditions sèches. Un atlas de l'expression des gènes du génotype FV2 Parmi les gènes du maïs, une partie est active (exprimée) dans toutes les organes de la plante (Tableau 1, exemple Gène 1), alors que d'autres ne sont exprimés que dans un seul ou plusieurs organes (Tableau 1, exemple Gène 2), ce qui suggère une fonction spécialisée dans ces organes. La connaissance de ce profil d'expression d'un gène peut donc être une information bienvenue pour les chercheurs, qui veulent élucider la fonction d'un gène ou qui doivent choisir parmi des centaines de gènes liés à un caractère d'intérêt ceux qu'il faut caractériser en priorité. En conséquence, l'expression de tous les gènes du maïs a été quantifiée dans 12 échantillons qui représentent les 8 organes majeurs de la ligne FV2 (Tableau 1), sur laquelle se focalise le projet Amaizing. Organe/tissu Gène 1 Expression Gène2 Germination (partie aérienne) 43 0 Germination (partie racinaire) 61 0 Feuille 58 0 Racine Tige 27 0 Epi (immature) Epi (mature) Panicule (immature) Panicule (mature) 13 2 Grain 7 JAP Grain 15 JAP Grain 33 JAP Tableau 1 Cet atlas est maintenant disponible pour les chercheurs du projet sur la base de données «AMAIZING s Information System» (AIS), cf. page suivante. p. 4

5 Le système d information du projet AMAIZING: AIS AIS est composé de plusieurs outils dont une base de données intégrative des données du projet, basée sur le SI GnpIS développée à l URGI. AIS est accessible à la consultation, via un navigateur web depuis un portail dédié au projet, disponible pour les partenaires et au public à cette URL: L accessibilité aux données confidentielles du projet est possible uniquement aux partenaires à l aide d un compte et d un mot de passe à solliciter auprès de la plateforme bioinformatique de l URGI qui héberge le SI. Le SI comprend en : Plus de 8 millions de SNPS trouvés sur la lignée Fv2 comparée à celle du B73. Les données d expression issues d expériences RNASeq sur la lignée Fv2 produites par le WP6 du projet, P. Rogowsky et collaborateurs ainsi que les séquences correspondantes positionnées sur le génome de la lignée B73 et analysées par le partenaire Biogemma. Le génome de la lignée B73 est aussi visible grâce à un navigateur spécialisé de génome, appelé Jbrowse. Cf. Figure 1: ci-dessous. Figure 1 : Copie d écran (vue partielle) prise sur AIS et son visualisateur de génome qui montre une vue intégrée du génome, centrée sur un chromosome et une région donnée, montrant sur une première piste (en jaune) les gènes du génome du Mais (lignée B73) annotés, puis en dessous (en vert) la liste des polymorphismes de séquences trouvées, puis en dessous, l ensemble des séquences issues de l étude de l expression en RNASeq, de l échantillon de grain numéro 10 (réplicat A) à 7 jours après pollinisation. Perspectives 2015: Un nouveau formulaire de requête dédié à la recherche d expression des gènes sera disponible fin De nouvelles données de polymorphismes (CNVs) et de génotypage, de phénotypage issues du WP4 sont en cours d intégration dans AIS et sur le génome. Un nouvelle version de l outil Biomercator étendu à la génétique d association (GWAS) est en développement. p. 5

6 Communications sur AMAIZING Mai 2014 à mai 2015 Publications scientifiques citant AMAIZING * Role of B3 domain transcription factors of the AFL family in maize kernel filling. Plant Science, Avril 2015 * Dent and Flint maize diversity panels reveal important genetic potential for increasing biomass production. Theoretical and Applied Genetics 127: * Can current crop models be used in the phenotyping era for predicting the genetic variability of yield of plants subjected to drought or high temperature? Journal of Experimental Botany 65, , Juin 2014 * Transposable elements, a treasure trove to decipher epigenetic variation: insights from Arabidopsis and crop epigenomes. Journal of Experimental Botany 65 (10) : , Avril 2014 Articles de presse spécialisée citant AMAIZING (presse agricole) * Dossier recherche maïs, interview d'alain Charcosset, INRA "Rapprocher le rendement moyen des records» - Réussir Grandes Cultures N 287- P38, Janvier 2015 * Génétique maïs : les axes de sélection variétale, Interview de Josiane Lorgeou, Arvalis Institu du végétal Cultivar, Janvier 2015 Présentation des résultats d AMAIZING à des congrès scientifiques * Présentation «Prediction accuracy of genomic selection in highly diverse panels and multiparental designs. Optimization of calibration set, FSP coloquium. Genomic selection in plant breeding. Hohemheim (Novembre 2014) * Présentation «Proteomics analysis of the genetic diversity of drought tolerance in maize 1st INPPO World Congress on Plant Proteomics: Methodology to Biology, Hamburg (Août/Septembre 2014) * Présentation Introducing the genetic variability in crop models, the use of phenotyping platforms AGMIP conference, Clermont-Ferrand (Juin 2014) * Présentation «Control of Growth Under Water Deficit. Fine tuned hydraulic processes?, Gordon Research Conference on Salt and Water stresses, Newry, USA (Août 2014) * Poster «Inferring genome-wide patterns of diversity in temperate maize with Next-Generation Sequencing, Society for Molecular Biology and Evolution 2014, Puerto Rico (Juin 2014) * Poster «Relationship between ZmMYB31, cell wall lignification, and water deficit responses in maize Réseau Français des Parois, Amiens (Juillet 2014) Participation à d autres événements * Stand «Groupe Recherche» au Forum Vitae, Forum d étudiant organisé par les étudiants d AgroParisTech, 27 Novembre, *AMAIZING cité par Alain Charcosset et distribution de plaquettes à l occasion des 80 ans de l AGPM, le 22 Octobre 2014 Forum Vitae le 27 Novembre 2014 p. 6

7 Les sessions de formations AMAIZING (Ces sessions de formations sont exclusivement réservées aux partenaires d AMAIZING) 26 juin prochain de 14H 15h30 : Classe virtuelle de Bioinformatique sur l AIS : Nouvelles fonctionnalités du formulaire GnpIS-Asso dédié à la navigation dans le système d'information GnpIS/AIS pour rechercher dans des résultats d'études d'association (GWAS), des marqueurs associés à des phénotypes d'intérets. 25 septembre de 14H à 15H30 : Classe virtuelle Bioinformatique sur l AIS : Comment naviguer dans résultats d'expression issues d'analyses de données RNASeq depuis le SI GnpIS/AIS? Contact : Delphine Steinbach, delphine.steinbach@versailles.inra.fr Lettre d information N 3 Juin 2015 Evénements à venir 22 et 23 Octobre ieme meeting annuel d AMAIZING chez Arvalis, Institut du végétal (site de Montardon, France) (évènement exclusivement dédié aux partenaires du projet) Contact : Claire Nodet, claire.nodet@paris.inra.fr Conception : INRA Transfert, Basilic Communication Réalisation : INRA Transfert Crédits photos : INRA Rabier Dominique, Dewanin Blandine, INRA Transfert Nodet Claire Pour en savoir plus Chef de projet : Alain Charcosset, UMR Génétique Quantitative et Evolution Le Moulon, INRA alain.charcosset@moulon.inra.fr Chef de projet : Claire Nodet INRA Transfert claire.nodet@paris.inra.fr Responsables Communication : Antoine Gaillard, Maïsadour Semences, gaillard@maisadour.com Josiane Lorgeou, ARVALIS - Institut du végétal, j.lorgeou@arvalisinstituduvégétal