Tracer l'impact d'un parent perdu depuis longtemps sur le blé panifiable moderne
Le travail de détective génétique a découvert un ancêtre obscur du blé panifiable moderne, dans une découverte similaire à la découverte d'un célèbre parent perdu depuis longtemps grâce à l'analyse de l'ADN chez l'homme.
Dans une étude parue dans Nature Biotechnology les chercheurs ont séquencé l'ADN de 242 accessions uniques d'Aegilops tauschii recueillies au fil des décennies dans toute son aire de répartition d'origine, de la Turquie à l'Asie centrale.
L'analyse du génome de la population menée par le Dr Kumar Gaurav du Centre John Innes a révélé l'existence d'une lignée distincte d' Aegilops tauschii limité à la Géorgie actuelle, dans la région du Caucase - à quelque 500 kilomètres du Croissant fertile où le blé a été cultivé pour la première fois - une zone s'étendant sur l'actuel Irak, la Syrie, le Liban, la Palestine, Israël, la Jordanie et l'Égypte.
Premier auteur de l'étude dans Nature Biotechnology, Le Dr Kumar Gaurav a déclaré :"La découverte de cette contribution jusque-là inconnue au génome du blé panifiable s'apparente à la découverte de l'introgression de l'ADN de Néandertal dans le génome humain hors d'Afrique.
Des chercheurs lors d'un voyage de recherche de nourriture chez des parents de blé sauvage dans les montagnes centrales de Zagros, dans l'ouest de l'Iran. Crédit :Ali Mehrabi
« Il est fort probable que cela se soit produit par une hybridation en dehors du Croissant Fertile. Ce groupe d'accessions géorgiennes forme une lignée distincte qui a contribué au génome du blé en laissant une empreinte dans l'ADN. »
La découverte provient d'une collaboration internationale majeure visant à améliorer les cultures en explorant la diversité génétique utile chez Aegilops tauschii, un parent sauvage du blé tendre. L'Open Wild Wheat Consortium a réuni 38 groupes de recherche et chercheurs de 17 pays.
D'autres recherches menées par le groupe du Dr Jesse Poland à l'Université d'État du Kansas ont été publiées dans un article complémentaire dans Communications Biology et montre que l'ancestrale Aegilops tauschii L'ADN trouvé dans le blé panifiable moderne comprend le gène qui donne une résistance et une élasticité supérieures à la pâte.
Le Dr Poland a déclaré :"Nous avons été étonnés de découvrir que cette lignée a fourni le gène le plus connu pour une qualité de pâte supérieure."
Les chercheurs supposent que la lignée nouvellement découverte était peut-être plus répandue géographiquement dans le passé et qu'elle s'est peut-être séparée en tant que population refuge au cours de la dernière période glaciaire.
Réfléchissant à tout ce qui a été réuni pour rendre ce travail possible, le Dr Brande Wulff, auteur correspondant de l'étude, a fait remarquer :« Il y a cinquante ou soixante ans, à une époque où nous comprenions à peine l'ADN, mes ancêtres scientifiques traversaient les montagnes du Zagros dans le Moyen-Orient et la Syrie et l'Irak. Ils récoltaient des graines, pensant peut-être qu'un jour celles-ci pourraient être utilisées pour améliorer le blé. Maintenant, nous sommes sur le point de libérer ce potentiel, et pour moi, c'est extrêmement excitant. »
Déchiffrer le génome complexe du blé
Le blé « hexaploïde » moderne est une combinaison génétique complexe de différentes graminées avec un énorme code génétique, divisé en sous-génomes A, B et D. Le blé hexaploïde représente 95 pour cent de tout le blé cultivé. Hexaploïde signifie que l'ADN contient six ensembles de chromosomes - trois paires de chacun.
Grâce à une combinaison d'hybridations naturelles et de culture humaine, Aegilops tauschii fourni le génome D au blé moderne. Le génome D a ajouté les propriétés nécessaires à la fabrication de la pâte et a permis au blé tendre de prospérer dans différents climats et sols.
L'origine du blé panifiable hexaploïde moderne fait depuis longtemps l'objet d'un examen minutieux avec des preuves archéologiques et génétiques suggérant que le premier blé a été cultivé il y a 10 000 ans dans le Croissant Fertile.
La domestication, tout en augmentant le rendement et les performances agronomiques, s'est faite au prix d'un goulot d'étranglement génétique prononcé érodant la diversité génétique pour les caractères protecteurs que l'on trouve chez Aegilops tauschii tels que la résistance aux maladies et la tolérance à la chaleur.
L'analyse effectuée par le Dr Gaurav et l'équipe de recherche a révélé que seulement 25 % de la diversité génétique présente dans Aegilops tauschii en a fait du blé hexaploïde. Pour explorer cette diversité dans le pool de gènes sauvages, ils ont utilisé une technique appelée cartographie d'association pour découvrir de nouveaux gènes candidats pour la résistance aux maladies et aux ravageurs, le rendement et la résilience environnementale.
Le Dr Sanu Arora, qui avait auparavant dirigé une étude visant à cloner des gènes de résistance aux maladies de Aegilops tauschii a déclaré:"Auparavant, nous étions limités à l'exploration d'un très petit sous-ensemble du génome pour la résistance aux maladies, mais dans l'étude actuelle, nous avons généré des données et des techniques pour entreprendre une exploration impartiale de la diversité des espèces".
D'autres expériences ont démontré le transfert de gènes candidats pour un sous-ensemble de ces traits dans le blé en utilisant la transformation génétique et le croisement conventionnel - facilité par une bibliothèque de blés synthétiques - un matériel spécialement sélectionné qui incorpore Aegilops tauschii génomes.
Cette bibliothèque de blés synthétiques accessible au public capture 70 % de la diversité présente dans les trois Aegilops tauschii connus. lignées, permettant aux chercheurs d'évaluer rapidement les traits dans un contexte de blés hexaploïdes.
"Notre étude fournit un pipeline de bout en bout pour l'exploration rapide et systématique de l'Aegilops tauschii patrimoine génétique pour améliorer le blé panifiable moderne », explique le Dr Wulff.
"La diversité génétique de la gluténine de poids moléculaire élevé chez Aegilops tauschii démontre une origine unique de qualité supérieure du blé", apparaît dans Communications Biology .
Référence :"Analyse génomique de la population d'Aegilops tauschii identifie des cibles pour l'amélioration du blé tendre » par Kumar Gaurav, Sanu Arora, Paula Silva, Javier Sánchez-Martín, Richard Horsnell, Liangliang Gao, Gurcharn S. Brar, Victoria Widrig, W. John Raupp, Narinder Singh, Shuangye Wu, Sandip M. Kale, Catherine Chinoy, Paul Nicholson, Jesús Quiroz-Chávez, James Simmonds, Sadiye Hayta, Mark A. Smedley, Wendy Harwood, Suzannah Pearce, David Gilbert, Ngonidzashe Kangara, Catherine Gardener, Macarena Forner-Martínez, Jiaqian Liu, Guotai Yu, Scott A. Boden, Attilio Pascucci, Sreya Ghosh, Amber N. Hafeez, Tom O'Hara, Joshua Waites, Jitender Cheema, Burkhard Steuernagel, Mehran Patpour, Annemarie Fejer Justesen, Shuyu Liu, Jackie C. Rudd, Raz Avni, Amir Sharon , Barbara Steiner, Rizky Pasthika Kirana, Hermann Buerstmayr, Ali A. Mehrabi, Firuza Y. Nasyrova, Noam Chayut, Oadi Matny, Brian J. Steffenson, Nitika Sandhu, Parveen Chhuneja, Evans Lagudah, Ahmed F. Elkot, Simon Tyrrell, Xingdong Bian, Robert P. Davey, Martin Simonsen, Leif Schauser, Vijay K. Ti wari, H. Randy Kutcher, Pierre Hucl, Aili Li, Deng-Cai Liu, Long Mao, Steven Xu, Gina Brown-Guedira, Justin Faris, Jan Dvorak, Ming-Cheng Luo, Ksenia Krasileva, Thomas Lux, Susanne Artmeier, Klaus F. X. Mayer, Cristobal Uauy, Martin Mascher, Alison R. Bentley, Beat Keller, Jesse Poland et Brande B. H. Wulff, 1er novembre 2021, Nature Biotechnology .
DOI :10.1038/s41587-021-01058-4
