Les sept espèces de pastèques ont une incroyable diversité. Crédit :Xingping Zhang/Syngenta
Une équipe internationale de chercheurs a examiné de manière approfondie les génomes des sept espèces de pastèque, créant ainsi une ressource qui pourrait aider les sélectionneurs de plantes à améliorer la qualité et la capacité des fruits domestiques à prospérer à l'ère du changement climatique.>
Quand beaucoup de gens pensent à la pastèque, ils pensent probablement à Citrullus lanatus , la pastèque cultivée aux fruits rouges sucrés et juteux appréciée dans le monde entier en dessert. En effet, la pastèque est l'un des fruits les plus populaires au monde, juste derrière la tomate - que beaucoup considèrent comme un légume. Mais il existe six autres espèces sauvages de pastèques, qui ont toutes des fruits pâles, durs et amers.
Les chercheurs ont maintenant examiné de manière approfondie les génomes des sept espèces, créant une ressource qui pourrait aider les sélectionneurs de plantes à trouver des gènes de pastèque sauvage qui offrent une résistance aux ravageurs, aux maladies, à la sécheresse et à d'autres difficultés, et améliorent encore la qualité des fruits. L'introduction de ces gènes dans la pastèque cultivée pourrait produire des pastèques sucrées de haute qualité capables de pousser dans des climats plus diversifiés, ce qui sera particulièrement important car le changement climatique défie de plus en plus les agriculteurs.
"Lorsque les humains ont domestiqué la pastèque au cours des 4 000 dernières années, ils ont sélectionné des fruits rouges, sucrés et moins amers", a déclaré Zhangjun Fei, membre du corps professoral de l'Institut Boyce Thompson et co-responsable de l'effort international.
Comme décrit dans un article publié dans Nature Genetics le 1er novembre, les chercheurs ont fait ces découvertes en utilisant un processus en deux étapes. Tout d'abord, ils ont créé une version améliorée d'un « génome de référence », qui est utilisé par les phytotechniciens et les phytogénéticiens pour trouver de nouvelles versions intéressantes de gènes à partir de leurs spécimens.
Les parents sauvages de la pastèque cultivée sont très diversifiés sur le plan génétique, ce qui en fait des sources probables de gènes qui confèrent une tolérance aux ravageurs, aux maladies et aux stress abiotiques comme la sécheresse et une salinité élevée. Crédit :Xingping Zhang/Syngenta
"Malheureusement, à mesure que les gens rendaient les pastèques plus sucrées et plus rouges, le fruit a perdu certaines capacités à résister aux maladies et à d'autres types de stress", a déclaré Fei, qui est également professeur auxiliaire à la School of Integrative Plant Science de l'Université Cornell.
Fei a codirigé la création du premier génome de référence de la pastèque en utilisant une variété cultivée d'Asie de l'Est appelée "97103", qui a été publiée en 2013.
"Ce premier génome de référence a été créé à l'aide d'anciennes technologies de séquençage à lecture courte", a déclaré Fei. "En utilisant les technologies actuelles de séquençage à lecture longue, nous avons pu créer un génome de bien meilleure qualité qui sera une bien meilleure référence pour la communauté des pastèques."
Le groupe a ensuite séquencé les génomes de 414 pastèques différentes représentant les sept espèces. En comparant ces génomes à la fois au nouveau génome de référence et entre eux, les chercheurs ont pu déterminer la relation évolutive des différentes espèces de pastèques.
"Une découverte majeure de notre analyse est qu'une espèce sauvage largement utilisée dans les programmes de sélection actuels, C. amarus , est une espèce sœur et non un ancêtre comme on le croyait généralement », a déclaré Fei.
En effet, les chercheurs ont découvert que la pastèque cultivée était domestiquée en éliminant l'amertume et en augmentant la douceur, la taille des fruits et la couleur de la chair. Les variétés modernes ont été encore améliorées au cours des dernières centaines d'années en augmentant la douceur, la saveur et la texture croustillante. Les chercheurs ont également découvert des régions du génome de la pastèque qui pourraient être exploitées pour continuer à améliorer la qualité des fruits, par exemple en les rendant plus gros, plus sucrés et plus croustillants.
Au cours des 20 à 30 dernières années, les phytogénéticiens ont croisé la pastèque cultivée avec l'espèce sœur C. amarus et deux autres parents sauvages, C. mucusosperme et C. colocynthe , pour rendre la pastèque dessert plus résistante aux nématodes, à la sécheresse et aux maladies telles que la fusariose et l'oïdium.
Ces types d'améliorations utilisant des parents sauvages sont ce qui excite Amnon Levi, chercheur généticien et sélectionneur de pastèques au Département américain de l'agriculture, Service de recherche agricole, U.S. Vegetable Laboratory à Charleston, en Caroline du Sud. Levi est co-auteur de l'article et a fourni le matériel génétique de nombreuses pastèques utilisées dans l'étude.
"La pastèque sucrée a une base génétique très étroite", explique Levi. "Mais il existe une grande diversité génétique parmi les espèces sauvages, ce qui leur donne un grand potentiel pour contenir des gènes qui leur confèrent une tolérance aux ravageurs et aux stress environnementaux."
Levi prévoit de travailler avec BTI pour découvrir certains de ces gènes sauvages qui pourraient être utilisés pour améliorer la pastèque dessert, en particulier pour la résistance aux maladies.
"La pastèque est sensible à de nombreuses maladies et ravageurs tropicaux, dont les aires de répartition devraient continuer à s'étendre avec le changement climatique", déclare Levi. "Nous voulons voir si nous pouvons ramener certains de ces gènes de résistance aux maladies sauvages qui ont été perdus lors de la domestication."
Parmi les autres co-auteurs figuraient des chercheurs de l'Académie des sciences agricoles et forestières de Pékin et de l'Académie chinoise des sciences agricoles.
L'étude a été financée en partie par des fonds de l'USDA National Institute of Food and Agriculture Specialty Crop Research Initiative (2015-51181-24285) et de la US National Science Foundation (IOS-1339287 et IOS-1539831).
Dans le même numéro de Nature Genetics , Fei et ses collègues ont également publié un article similaire analysant 1 175 melons, y compris des variétés de cantaloup et de miellat. Les chercheurs ont trouvé 208 régions génomiques associées à la masse, à la qualité et aux caractéristiques morphologiques des fruits, qui pourraient être utiles pour la sélection des melons. Les deux articles ont également fait l'objet d'un éditorial et d'un article News &Views dans la revue.
Plus tôt cette année, Fei, Levi et leurs collègues ont publié un génome de référence de la pastèque "Charleston Gray", la principale variété américaine de C. lanatus pour compléter le génome '97103' d'Asie de l'Est.
