Paris, France
March 13, 2008
Les chercheurs de l’INRA
ont modélisé l’évolution des génomes de céréales (riz, blé,
sorgho et maïs) à partir d’un ancêtre commun à 5 chromosomes.
Pour cela, ils ont étudié les duplications du génome de blé et
ont réalisé une analyse comparée avec le génome du riz et
d’autres céréales. Le modèle, qui définit précisément les
régions chromosomiques du riz, du blé, du sorgho et du maïs
portant des gènes communs, permettra d’utiliser les
connaissances acquises sur les génomes de l’ensemble de ces
espèces pour améliorer chez le blé des caractéristiques
agronomiques aussi importantes que le rendement, la résistance
aux stress… Les céréales regroupent plus de 10 000 espèces et
constituent la famille botanique la plus importante pour
l’agriculture mondiale.
Les chercheurs de l’INRA ont identifié et analysé 7 duplications
(copies) génomiques conservées entre les génomes de blé et de
riz, appelées paléo-duplications. Ils ont identifié dans un
premier temps 12 régions dupliquées au sein du génome de blé en
analysant les relations d’homologies entre 6426 gènes
cartographiés chez le blé. Parallèlement, sur la base des 42654
gènes annotés à l’heure actuelle chez le riz (génome totalement
séquencé et annoté depuis 2005), ils ont mis en évidence 29
duplications chromosomiques au sein de ce génome. La comparaison
des séquences des gènes disponibles chez le blé et des gènes
annotés chez le riz leur a ensuite permis de caractériser
finement 13 blocs de synténie (blocs de conservation de l’ordre
des gènes) entre ces deux génomes. En intégrant les informations
relatives aux duplications identifiées chez le blé et le riz
ainsi que les blocs de synténie liant les deux génomes, ils ont
pu identifier et caractériser 7 événements de paléo-duplication
conservés entre les deux génomes.
Toutes les céréales sont issues d’un ancêtre à 5 chromosomes
Finalement, en poursuivant l’analyse comparée avec les données
disponibles chez le sorgho et le maïs, les chercheurs ont
construit un modèle évolutif des génomes de céréales (riz, blé,
sorgho et maïs) à partir d’un ancêtre commun à 5 chromosomes.
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Ce modèle permet de suivre le
devenir des fragments chromosomiques aboutissant à des nombres
de chromosomes différents dans les 4 espèces étudiées. Il
propose pour la première fois un génome ancêtre à 5 chromosomes
(datant de 90 millions d’années) et un intermédiaire à 12
chromosomes, apparu il y a 60 millions d’années, dont le riz
reste le plus proche représentant.
Le transfert de connaissances d’une céréale à une autre est
facilité
La connaissance de la structure de l’ancêtre commun des génomes
de céréales et des relations entre certaines régions
chromosomiques des espèces cultivées permet aux chercheurs
d’identifier avec précision les régions au sein des génomes du
riz, du blé, du sorgho du et maïs qui portent des gènes ayant
une origine commune. Grâce à ce résultat, les informations
obtenues sur la fonction d’un gène chez une de ces espèces (par
exemple rôle dans la hauteur de la plante, la vernalisation,
etc…) devraient permettre d’interpréter plus facilement sa
fonction dans les autres espèces.
Ce modèle qui définit précisément les régions chromosomiques du
riz, du blé, du sorgho et du maïs qui portent des gènes en
commun est un outil pour améliorer chez le blé des
caractéristiques agronomiques aussi importantes que le
rendement, la résistance aux stress… Le séquençage complet en
cours des génomes du maïs, du sorgho et du brome sera utilisé
pour compléter et valider ce modèle évolutif.
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La polyploïdie
a joué un rôle majeur dans l’évolution des génomes
des céréales |
La polyploïdie
(le doublement du contenu chromosomique)
constitue un mécanisme important de
diversification et de génération de
variabilité génétique dans le cadre de
l’adaptation des plantes à leur
environnement. La majorité des plantes, y
compris les plantes cultivées, sont des
polyploïdes, soit relativement récents
(comme le colza, le blé, le cotonnier, la
pomme de terre, la luzerne), soit anciens,
retenant encore des "vestiges" d'événements
de polyploïdisation plus anciens tels que le
riz et le maïs.
Les génomes des céréales ont subit
différents événements de polyploïdisation au
cours de leur évolution, dont certains
remontent à leur ancêtre commun il y a plus
de 90 millions d’années. Les analyses de
génomique comparées dans cette famille
permettent d’étudier les mécanismes de
fusions, translocations, duplications qui
façonnent l’évolution des espèces ainsi que
leur impact sur le fonctionnement des gènes
et des génomes. |
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Références :
Salse J, Bolot S, Throude M, Jouffe V, Piegu B, Masood U,
Calcagno T, Cooke R, Delseny M, Feuillet C (2008)
Identification and characterization of conserved duplications
between rice and wheat provide new insight into grass genome
evolution
Plant Cell. Published on January 4, 2008; 10.1105/tpc.107.056309
Salse J, Feuillet C (2007)
Comparative genomics of cereals
Chapter 18 in Genomics-Assisted Crop Improvement ; published by
Springer Verlag. pp 177-205 |
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