Génomique des Brassica (assemblage des génomes) et nouvelles technologies de séquençage

Coordinateurs : Cyril Falentin et Mathieu Rousseau-Gueutin

Contacts : Cyril.Falentin@inrae.fr etMathieu.Rousseau-Gueutin@inrae.fr

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Contexte et Problématiques

Les génomes végétaux sont caractérisés par la présence de génomes hautement dupliqués/répétés. Ceci rend très complexe l’assemblage de génomes via l’utilisation de technologies short reads : ces assemblages sont souvent incomplets et fragmentés. Avec l’arrivée de la 3ème génération de technologies de séquençage à haut débit, il est désormais possible de séquencer de longs fragments et d’utiliser des cartes optiques afin de produire des assemblages à l’échelle du chromosome. De plus, ces assemblages peuvent être réalisées en peu de temps et à relativement faible coût. Ces dernières années, en collaboration étroite avec l’équipe de Bioinformatique ‘RD and Sequencing’ du Genoscope (Evry, France), nous avons développé des protocoles pour l’extraction d’ADN de haut poids moléculaire et utilisé une méthodologie basée sur les longs reads (séquenceurs MinION ou PromethION sequencers, technologies Oxford Nanopore) et cartes optiques (système Saphyr, Bionano Genomics) afin de produire des assemblages à l’échelle du chromosome de différentes variétés de Brassica (rapa, oleracea, napus), comprenant les régions complexes et hautement répétées (centromères et télomères). Ces assemblages de haute qualité sont particulièrement importants pour l’identification et la compréhension fine de la régulation de gènes impliqués dans des caractères agronomiques importants. En plus de l’assemblage de génomes de Brassica, nous avons développé ou adapté des protocoles pour produire d’autres types de données NGS (HiC, BS-Seq, ChIP-Seq, Direct RNA or Small RNA Seq) afin de mieux comprendre la dynamique évolutive des gènes et génomes dupliqués et leur rôle dans la modification de caractères d’intérêt, tels que la recombinaison méiotique.

 Methodologie 

• Extraction d’ADN de haut poids moléculaire
• Utilisation de différentes technologies NGS (Illumina, Oxford Nanopore Technologies)
• Cartes optiques (Bionano Genomics)
• Genotypage (Illumina SNP array)

Principaux résultats

Ces dernières années, nous avons dédié beaucoup de temps et d’énergie à développer ou adapter des protocoles liés aux NGS. A partir de ce travail, principalement développé en collaboration étroite avec l’équipe de Bioinformatique ‘RD and Sequencing’ du Genoscope (Evry, France), nous avons produits des assemblages à l’échelle du chromosome de plusieurs variétés de Brassica en utilisant le séquençage long reads et les cartes optiques (Belser et al. 2018; Rousseau-Gueutin et al. 2020 ; Istace et al. 2021). En comparaison avec les précédents assemblages utilisant des short reads, ces assemblages sont bien plus complets, en particulier dans les régions hautement répétées telles que les centromères. Cette nette amélioration des qualités d’assemblage de génome va faciliter l’identification de gènes candidats impliqués dans des caractères d’intérêt. De plus, nous avons pu observer que la variabilité génomique intraspécifique peut être très importante (en termes de structure, contenu génique ou nombre de copies d’un gène) et qu’il était donc primordial de produire plusieurs assemblages de génome de haute qualité pour chaque espèce (Boutte et al. 2020). Pour cette raison, nous sommes actuellement en train de réaliser des assemblages de génomes de différents génotypes de Brassica qui sont importants pour nos projets de recherche, tels que ceux utilisés dans nos programmes sur la recombinaison ou dans la résistance à des stress biotiques.

Partenaires

• CEA, Genoscope, Evry, France (équipe ‘Research and Development Bioinformatics and Sequencing’)

Financement (5 dernières années) 

• France Génomique ‘Polysuccess’ (2014-2020). How a polyploid becomes a new species: Brassica model (P.I.: A.M. Chèvre)

Publications (5 dernières années)

• Istace B., Belser C., Falentin C., Labadie K., Boideau F., Deniot G., Maillet L., Cruaud C., Bertrand L., Chèvre A.M., Wincker P., Rousseau-Gueutin M., Aury J.M. (2021) Sequencing and Chromosome-Scale Assembly of Plant Genomes, Brassica rapa as a Use Case. Biology 10(8), 732
• Rousseau-Gueutin M; Belser C; Da Silva C; Richard G; Istace B; Cruaud C; Falentin C; Boideau F; Boutte J; Delourme R; Deniot G; Engelen S; de Carvalho JF; Lemainque A; Maillet L; Morice J; Wincker P; Denoeud F; Chèvre A; Aury JM (2020): "Long-reads assembly
  of the Brassica napus reference genome, Darmor-bzh" GigaScience 9 (12) giaa137
• Boutte J, Maillet L, Chaussepied T, Letort S, Aury JM, Belser C, Boideau F, Brunet A, Coriton O, Deniot G, Falentin C, Huteau V, Lodé-Taburel M, Morice J, Trotoux G, Chèvre AM, Rousseau-Gueutin M, Ferreira de Carvalho (2020)  Genome Size Variation and Comparative Genomics Reveal Intraspecific Diversity in Brassica rapa. Front Plant Sci 11: 577536.
• Belser C., Istace B., Denis E., Dubarry M., Baurens F.-C., Falentin C., Genete M., Berrabah W., Chèvre A. M., Delourme R., Deniot G., Denoeud F., Duffé P., Engelen S., Lemainque A., Manzanares-Dauleux M. J., Martin G., Morice J., Noel B., Vekemans X., D’Hont A., Rousseau-Gueutin M., Barbe V., Cruaud C., Wincker P. & Aury J.-M. (2018). Chromosome-scale assemblies of plant genomes using nanopore long reads and optical maps. Nature Plants, 4(11), 879-887.  https://doi.org/10.1038/s41477-018-0289-4

Chapîtres d’ouvrage 

• Falentin C. (2018). Séquençage d'ADN grande longueur par la technique Nanopore. In D. Tagu, S. Jaubert-Possamai, & A. Méreau (Eds.), Principes des techniques de biologie moléculaire et génomique (pp. 193-196): Quae.
• Falentin C. (2018). Cartographie optique de génomes (Optical Mapping). In D. Tagu, S. Jaubert-Possamai, & A. Méreau (Eds.), Principes des techniques de biologie moléculaire et génomique (pp. 204-207): Quae.
• Falentin C. (2018). Séquençage d'ADN grande longueur "synthétique" par la technique 10X Genomics. In D. Tagu, S. Jaubert-Possamai, & A. Méreau (Eds.), Principes des techniques de biologie moléculaire et génomique (pp. 201-203): Quae.
• Falentin C. (2018). Séquençage d'ADN par la technique Illumina. In D. Tagu, S. Jaubert-Possamai, & A. Méreau (Eds.), Principes des techniques de biologie moléculaire et génomique (pp. 186-189): Quae.
• Falentin C. (2018). Séquençage d'ADN par la technique Ion Torrent^TM. In D. Tagu, S. Jaubert-Possamai, & A. Méreau (Eds.), Principes des techniques de biologie moléculaire et génomique (pp. 197-200): Quae.
• Falentin C. (2018). Séquençage d'ADN par la technique Single Molecule real Time (SMRT) : PacBio. In D. Tagu, S. Jaubert-Possamai, & A. Méreau (Eds.), Principes des techniques de biologie moléculaire et génomique (pp. 190-192): Quae.