Semer des variétés de conifères génétiquement plus performantes
Mis à part certains organismes se multipliant par clonage, les conifères sont les êtres vivants les plus gros, les plus grands et qui vivent le plus longtemps sur Terre. Ils ont donc une immense importance écologique, dominent de nombreux paysages et représentent le plus grand puits de carbone terrestre. Ils présentent aussi une grande importance économique de par la production de bois, de papier et de biomasse. Mais en premier lieu, le fait que leur génome et celui des angiospermes aient divergé il y a plus de 300 millions d'années, apporte une autre vue sur la biologie et l'évolution du génome des plantes. Environ 30 % des gènes des conifères n'ont que peu ou aucune similitude avec les gènes des angiospermes dont les fonctions sont connues, et ces végétaux ont développé des systèmes très efficaces d'adaptation physiologique. Face à un tel potentiel, l'équipe du projet PROCOGEN (Promoting a functional and comparative understanding of the conifer genome — implementing applied aspects for more productive and adapted forests) voulait renforcer des programmes de sélection démarrés il y a 50 à 70 ans, en séquençant le génome de deux espèces majeures de conifères d'Europe. PROCOGEN s'est intéressé au séquençage du pin maritime et du pin sylvestre. Pourquoi ce choix? Carmen Diaz-Sala / Maria Teresa Cervera: PROCOGEN fournit des informations sur des séquences du génome de Pinus pinaster et de Pinus sylvestris. Ces deux espèces européennes ont une grande valeur écologique et économique, et sont bien différentes en matière de répartition et de capacités d'adaptation. Durant le projet, nous avons analysé le contrôle moléculaire des processus d'adaptation de plusieurs espèces de conifères d'Europe qui disposent de mécanismes d'adaptation notamment en rapport avec la croissance dans un environnement qui évolue, ainsi qu'avec la réaction au stress hydrique (chez Pinus pinaster) et l'acclimatation au froid (chez Pinus sylvestris et Picea abies). Quels sont les autres objectifs importants atteints par le projet? L'un des objectifs majeurs était de mettre en place des collaborations avec d'autres initiatives mondiales sur la génomique des conifères, afin d'élargir nos connaissances de la structure de leur génome, de ses fonctions et de son évolution. Ces efforts en faveur de la collaboration ont été soutenus par la participation de certains membres de PROCOGEN à d'autres initiatives de séquençage et de caractérisation du génome des conifères. Les études comparées de la génomique et de la transcriptomique nous ont apporté des informations sur certaines caractéristiques uniques de ces génomes. Nous avons ainsi identifié des familles de gènes qui ont évolué différemment selon les gymnospermes et les angiospermes, déterminé un taux évolutif plus lent chez celles-ci à l'aide de marqueurs d'ensembles orthologues conservés, et analysé le rôle de l'expression des gènes et de la sélection naturelle dans l'évolution de gènes codant pour des protéines dans des familles géniques de conifères (et associés à la biologie de la reproduction, au stress, etc.). En outre, les résultats de l'analyse génétique comparée nous ont aidés à dépasser la vision statique de l'évolution du génome des conifères, qui découlait essentiellement de comparaisons entre les espèces de Pinacées. Ces résultats soutiennent une nouvelle hypothèse supposant de notables réarrangements chromosomiques entre les familles de conifères. Via plusieurs fusions différentes, ces réarrangements auraient conduit aux 12 chromosomes des Pinacées modernes et aux 11 chromosomes des Cupressacées modernes. Vous avez mentionné la coopération internationale. Pouvez-vous nous en dire plus sur les projets avec lesquels vous vous êtes associés, et leur importance pour vos travaux? PROCOGEN s'est mis en relation avec des projets financés par l'UE comme EVOLTREE, NOVELTREE, TREEBREEDEX et FORESTTRAC, et avec d'autres encore qui portaient sur la génétique des conifères, la génomique, la sélection et la gestion des forêts. Cette poursuite de synergies nous a conduits jusqu'en Amérique du Nord et au Canada, où des projets similaires sont en cours. Cette coopération a été bénéfique pour toutes les parties. PROCOGEN a obtenu des informations précieuses sur les populations reproductrices de conifères et sur les expériences, les besoins en recherche, les difficultés pratiques et les problèmes associés à la préservation des gènes des arbres forestiers. Ces travaux en collaboration nous ont aidés à déterminer des gènes susceptibles de contribuer à des caractères d'importance économique et écologique. Après avoir intégré ces informations, nous avons produit de nouveaux génomes de référence pour les pins ainsi qu'un large catalogue de gènes impliqués dans l'adaptation, identifié la valeur adaptative des allèles, et dérivé des informations à partir des études génomiques comparées. Tout ceci a conduit à une base de données intégrée sur les conifères. Les participants au projet PROCOGEN ont aussi organisé des rencontres ouvertes avec d'autres initiatives visant la génomique des conifères, pour renforcer la collaboration avec elles (en Russie sur Pinus sibirica et Larix sibirica, en Nouvelle-Zélande sur Pinus radiata, et au Japon sur Cryptomeria japonica). Ce projet d'intégration a grandement contribué à renforcer l'avantage concurrentiel de la recherche européenne sur la génomique et la bioinformatique des conifères. Outre la base de données que vous venez de mentionner, quels outils avez-vous créés pendant le projet? Nous avons mis au point divers outils durant PROCOGEN, par exemple d'analyse pour la recherche fondamentale et appliquée des programmes de sélection et de conservation. Nous avons aussi réalisé une large gamme d'outils et de techniques moléculaires: des systèmes d'enregistrement de l'exome conçus pour les espèces de conifères ciblées; un ensemble de gènes orthologues conservés et les marqueurs associés; une carte de référence de l'activité de transcription des tissus des pins et des réponses adaptatives (avec le catalogue des gènes exprimés et les éléments régulant la transcription comme les facteurs de transcription, les ARNs et les éléments épigénétiques); des cartes génétiques denses basées sur les marqueurs orthologues; des outils de pré-sélection (dont des tests de génotypage pour reconstituer le pedigree); et plusieurs outils à haut débit de génotypage de polymorphismes à un seul nucléotide. Ces derniers nous permettent d'évaluer la diversité génomique à l'échelle naturelle des espèces, et de redéfinir les collections de base. En matière d'outils de bioinformatique, il s'agit d'un portail pour l'annotation structurelle et fonctionnelle par les experts, et l'échange d'informations génétiques et transcriptomiques sur les gymnospermes. Nous avons aussi intégré des informations de PROCOGEN dans notre système comparatif PhylomeDB en ligne, pour déduire par informatique des arbres phylogénétiques de chaque gène. Quand et comment les parties prenantes pourront-elles utiliser les données et les outils que vous avez créés? Concernant les données sur la variabilité du génome, le profilage et la régulation des activités de transcription associées au développement et à l'environnement, il est déjà possible de réaliser des outils moléculaires sur mesure pour étudier la croissance et l'adaptation des ressources génétiques sur les conifères. Des tests de pré-sélection sont disponibles, et des outils de simulation et de prévision pour une sélection pratique sont en cours de développement. Des outils de simulation ont été conçus pour optimiser l'intégration des données génomiques avec une sélection pratique, et ils ont aussi été testés. D'autres outils sont encore en cours de développement, et dans la dernière phase avant l'utilisation. Le site web de PROCOGEN informe sur la disponibilité des outils. Quel impact pensez-vous qu'aura PROCOGEN sur l'efficacité des programmes de sélection des arbres? La plupart des programmes européens de sélection des conifères ont été lancés il y a longtemps, dans le but d'améliorer la production et la qualité. Nos outils s'appuient sur cette tradition mais avec de nouveaux critères qui conduisent à une sélection plus rapide et meilleure, grâce à quatre avancées. Premièrement, nous pouvons maintenant identifier des gènes conduisant à des caractéristiques en rapport avec certaines contraintes de l'environnement. Nous pouvons aussi déterminer le potentiel de leurs allèles et réaliser des tests de pré-sélection pour choisir avec précision les arbres montrant les meilleures réponses adaptatives. Et enfin assurer une grande diversité génétique, essentielle pour tenir compte des incertitudes entourant les risques futurs du réchauffement planétaire. Nous avons aussi étudié le contrôle moléculaire de la plasticité des espèces arborées. Les travaux du projet apporteront des informations aux sélectionneurs de conifères et aux gestionnaires des ressources génétiques forestières, contribuant ainsi au développement durable et à la compétitivité à long terme du secteur forestier de l'UE. Nos outils perfectionnés conduiront à la reproduction d'arbres plus tolérants aux changements attendus ou convenant particulièrement à certaines conditions, afin de régénérer les forêts ou de réaliser des plantations artificielles. Quels sont vos plans maintenant que le projet est clôturé? PROCOGEN visait à développer les connaissances sur le génome des conifères et sa fonction, ainsi que le transfert technologique. Notre priorité est maintenant de poursuivre les analyses fonctionnelles de ce génome, et d'étudier les mécanismes de régulation contrôlant des caractéristiques importantes pour l'économie et l'environnement, sur les espèces modèles. Le transfert technologique ne concerne pas seulement les connaissances et les méthodes générées ou validées pendant le projet, mais aussi le travail considérable de traduction des résultats génomiques bruts en applications pratiques, afin de soutenir la sélection génomique et la gestion des ressources. PROCOGEN Financé au titre de FP7-KBBE page du projet sur CORDIS site web du projet PROCOGEN
Pays
Espagne