Au cours des vingt dernières années, les progrès de séquençage du génome entier (la technique utilisée pour lire le génétique code écrit dans le Dans l’ADN) ont permis aux chercheurs d'apporter un nouvel éclairage sur l'évolution des plantes et les processus biologiques spécifiques aux plantes. Une récente article de perspective a souligné que seules 812 espèces sur un demi-million de plantes vertes existantes ont été séquencées. Néanmoins, l'adoption de cette technologie moderne a considérablement accru notre compréhension de l'origine et de la diversification de la vie végétale ou de la base moléculaire des caractéristiques importantes des plantes. Par exemple, les revues scientifiques Science et Nature les résultats récemment publiés de projets de recherche qui ont utilisé la génomique pour déchiffrer la domestication de la vigne ou pour disséquer le contrôle génétique des caractéristiques des graines chez une légumineuse importante. Pour les plantes d'intérêt agronomique, les informations sur les séquences génomiques peuvent être utilisées dans les programmes d'amélioration des cultures pour obtenir des variétés cultivées plus résistantes aux stress, nécessitant moins d'intrants pour leur croissance ou ayant une meilleure valeur nutritionnelle.
Cultiver la féverole, une bonne alternative végétale à la viande
Dans un scénario de changement climatique, la production de protéines végétales comme alternative aux protéines animales pourrait être une bonne stratégie pour réduire les émissions de gaz à effet de serre dans l'agriculture (Figure 1). En particulier, les légumineuses - souvent qualifiées d'"aliments potentiellement bénéfiques pour la santé" - peuvent fournir la source la moins chère de protéines végétales de haute qualité. Alors que soja (Glycinemax) – le haricot le plus important de la famille des Fabacées – pousse bien dans des conditions chaudes, légumineuses de saison fraîche (par exemple, pois, lentille, pois chiche) peuvent être cultivées dans les régions tempérées. Parmi les légumineuses, Féverole (Vicia faba) se distingue par sa grande capacité d'adaptation, sa productivité et sa valeur nutritionnelle.
Malgré la longue tradition de culture de la féverole dans l'ancien monde, les mystères sur son origine de domestication dans le croissant fertile restent entiers car aucun progéniteur sauvage n'a été identifié. En outre, le manque de données génétiques et de matériel génétique a entravé les programmes de sélection visant à réduire la production de antinutriments (par exemple, vicine, convicine) ou équilibrer la teneur en acides aminés essentiels.
De longues lectures ont révélé les secrets du génome géant de la fève
Le séquençage du génome de la fève a longtemps été entravé par sa taille colossale : 13 milliards de nucléotides (13 Giga kb) répartis sur 6 chromosomes. Pour mieux se faire une idée de cette dimension colossale, le génome humain entier a la même taille que le plus gros chromosome de la fève !
Récemment, une équipe internationale de chercheurs a réussi à séquencer le génome diploïde (2 copies de 6 chromosomes) de la fève en utilisant une nouvelle technologie appelée PacBio HiFi long reads. Les auteurs ont choisi comme référence une lignée consanguine (Hedin/2) avec des caractéristiques favorables, telles qu'un potentiel de rendement élevé et une maturité précoce. Fait intéressant, cette lignée montre un niveau élevé d'homozygotie (c'est-à-dire la présence de deux variantes identiques d'un gène, un de chaque parent) grâce à un degré considérable d'autofertilité (ou d'autopollinisation), bien qu'il s'agisse d'une espèce allogame (c'est-à-dire, reproduction par fécondation croisée du pollen d'une autre plante de la même espèce).
Jayakodi et ses collègues ont découvert que le génome géant peut être la conséquence de plusieurs événements, notamment la présence d'énormes régions intergéniques, l'expansion d'éléments répétés (tels que les transposons qui représentent 80 % du matériel génétique) et la duplication en tandem de plusieurs gènes. Les auteurs ont également combiné le séquençage du génome et transcriptomes (tous les ARN messagers transcrits à partir des gènes correspondants) de 9 tissus pour améliorer l'annotation de 35000 gènes codant pour des protéines. Curieusement, la distribution des gènes sur les chromosomes est similaire chez la fève et les espèces phylogénétiquement proches Pisum sativum (Figure 2), malgré la grande différence de taille de leur génome.
L'agrogénomique pour les sélectionneurs et les généticiens : un large éventail d'applications
Mais que peuvent faire les biologistes moléculaires et les sélectionneurs avec les ensembles de données génomiques ? Comme preuve de concept, les auteurs fournissent des exemples pratiques d'application en réalisant Études d'association à l'échelle du génome pour les caractéristiques importantes des semences. Plus précisément, les informations génomiques ont été utilisées pour mettre en place des tests de génotypage afin d'explorer la variation dans un panel de diversité d'accessions cultivées et d'identifier les variantes génétiques à l'origine des traits souhaitables. Les données génomiques de la fève peuvent être davantage exploitées pour une introgression rapide de caractéristiques bénéfiques telles qu'une teneur réduite en composés toxiques (par exemple, des glycosides alcaloïdes), une biodisponibilité accrue des protéines ou une accumulation modulée de phytates dans les graines.
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