Équipe DEBI • Diversité, Evolution et génomique des interactions BIotiques

Contexte et enjeux

Le colza (Brassica napus) et les espèces apparentées du genre Brassica sont issues d’évènements anciens et récents de duplications de génomes (polyploïdisation). Ces processus de polyploïdisation peuvent jouer des rôles importants dans le destin évolutif des gènes dupliqués (pseudogénisation, sous-fonctionnalisation et néofonctionalisation), notamment ceux impliqués dans les interactions biotiques, ou encore dans la régulation et la biosynthèse des métabolites spécialisés et la reconnaissance du non-soi.
Brassica napus est une espèce allotétraploïde qui présente une diversité génétique relativement étroite en raison d’un faible nombre d’évènements d’allopolyploïdisation fondateurs de l’espèce. La diversité génétique chez ses deux espèces (paléopolyploïdes) parentales, B. rapa et B. oleracea, originaires toutes deux du bassin méditerranéen et du sud de l’Europe, constitue en revanche un réservoir de diversité qui peut être utilisé dans les programmes d’amélioration du colza.

Les évolutions récentes des contraintes biotiques qui s’exercent sur les cultures de colza, et l’extension souhaitable des pratiques agro-écologiques accroissent le besoin de sélectionner de nouveaux génotypes porteurs d’une plus grande diversité de facteurs de résistance aux bioagresseurs. Une stratégie majeure pour l’amélioration génétique de ces traits passe par l’introgression de facteurs génétiques à partir de la diversité présente chez les espèces parentales et apparentées. Ce type de stratégie requiert d’une part de caractériser la diversité génétique et fonctionnelle des interactions biotiques sur une ’échelle taxonomique élargie autour du genre Brassica et d’autre part de mieux comprendre les mécanismes génomiques sous-jacents aux hybridations interspécifiques, en particulier les processus de recombinaison méiotiques gouvernant la fréquence, la localisation et la taille des introgressions. Cet ensemble d’approches, au-delà de l’identification et l’utilisation de nouveaux facteurs génétiques, permettra de caractériser les processus évolutifs impliqués dans la diversification des traits, afin à terme de mieux raisonner leur introgression, dans une perspective d’efficacité durable des résistances variétales.

Une stratégie majeure pour l’amélioration génétique de ces traits passe par l’introgression de facteurs génétiques à partir de la diversité présente chez les espèces parentales et apparentées. Ce type de stratégie requiert d’une part de caractériser la diversité génétique et fonctionnelle des interactions biotiques sur une échelle taxonomique élargie autour du genre Brassica et d’autre part de mieux comprendre les mécanismes génomiques sous-jacents aux hybridations interspécifiques, en particulier les processus de recombinaison méiotiques gouvernant la fréquence, la localisation et la taille des introgressions. Cet ensemble d’approches, au-delà de l’identification et l’utilisation de nouveaux facteurs génétiques, permettra de caractériser les processus évolutifs impliqués dans la diversification des traits, afin à terme de mieux raisonner leur introgression, dans une perspective d’efficacité durable des résistances variétales. 

Objectifs

L’équipe Diversité Evolution et génomique des interactions Biotiques a été créée en 2021 à l’IGEPP, pour 1/ étudier comment les mécanismes impliqués dans l’évolution des génomes de Brassicaceae contribuent à la diversification des traits (épi)génétiques et métabolomiques associés au contrôle des interactions biotiques, et 2/ caractériser les mécanismes de recombinaison méiotique spécifiquement induits par les chocs d’hybridation interspécifique, pour concevoir de nouvelles stratégies d’introgression de caractères chez les Brassica cultivées.

• Evolution des génomes de Brassicaceae et diversification des traits (épi)génétiques et métabolomiques associés au contrôle des interactions biotiques. 
• L’équipe Diversité Evolution et génomique des interactions Biotiques a été créée en 2021 à l’IGEPP, pour 1/ étudier comment les mécanismes impliqués dans l’évolution des génomes de Brassicaceae contribuent à la diversification des traits (épi)génétiques et métabolomiques associés au contrôle des interactions biotiques, et 2/ caractériser les mécanismes de recombinaison méiotique spécifiquement induits par les chocs d’hybridation interspécifique, pour concevoir de nouvelles stratégies d’introgression de caractères chez les Brassica cultivées.
• Evolution des génomes de Brassicaceae et diversification des traits (épi)génétiques et métabolomiques associés au contrôle des interactions biotiques.
• L’équipe DEBI travaille activement à la collecte, la conservation (en lien avec le centre de ressources biologiques BrACySol : /L-IGEPP/Plateformes/BrACySol et la caractérisation génomique de la diversité de B. oleracea et B. rapa (notamment populations sauvages et fermières).
• Nous nous appuyons sur la diversité génétique chez les Brassica et chez Arabidopsis thaliana pour étudier comment les variations structurales (CNV, PAV), les régulations épigénétiques et/ou transcriptionnelles, l’évolution des gènes dupliqués et la recombinaison, ont permis la diversification de loci ou de voies métaboliques impliquées dans les interactions avec des bioagresseurs. Les interactions et pathosystèmes travaillées actuellement incluent la hernie des crucifères, le phoma, l’orobanche (collaboration avec l’université de Nantes), l’altise (collaboration avec l’équipe EGI, IGEPP), et les communautés microbiennes (collaboration avec l’équipe PMB, IGEPP).
• Pour certains loci, nous approfondissons la caractérisation des mécanismes impliqués dans le contrôle des interactions biotiques, et étudions l’évolution de ces gènes et de ces fonctions au sein des Brassicaceae.
• Impact de l’hybridation interspécifique (haploïdie, allo-triploïdie) dans la modification du contrôle de la recombinaison, et nouvelles stratégies d’introgression de caractères chez les Brassica cultivées.
• Nous étudions le rôle des mécanismes (épi)génétiques dans la régulation de la recombinaison méiotique chez des hybrides interspécifiques en tant que mécanisme majeur de l’évolution des génomes. Les connaissances ainsi générées permettent la création de matériel génétique original, qui facilite la cartographie et l’identification de gènes candidats sous-jacents à des QTL, y compris dans des régions ‘froides’ (peu recombinantes), et qui peut se montrer particulièrement utile dans des programmes d’amélioration variétale.

Compétences et expertise

• Génomique évolutive et comparative
• (Epi)Génétique quantitative des résistances aux pathogènes
• Génomique fonctionnelle (dont Crispr-CAS9) et métabolomique
• Collecte, création et gestion de ressources génétiques Brassica
• Cytogénétique moléculaire

Plateformes

Plusieurs membres de l’équipe sont en charge ou appartiennent à différent plateaux ou plateformes nationales ou régionales : 

• Centre de Ressources Biologiques BrACySol (Brassica / Allium / Cynara / Solanum)
  /L-IGEPP/Plateformes/BrACySol
• Plateforme de Cytogénétique moléculaire végétale (PFCMV)
  /L-IGEPP/Plateformes/Cytogenetique-moleculaire
• Plateau de profilage métabolique et métabolomique (P2M2)
  /L-IGEPP/Plateformes/P2M2
• Plateforme de bioinformatique GenOuest
  https://www.genouest.org/

Responsable d'équipe Antoine Gravot