Séquençage global du génome de Vitis vinifera
Pourquoi séquencer le génome de la vigne ?
*
La vigne constitue une espèce majeure pour l'agriculture
européenne. Afin d'accroître sa compétitivité économique et d'adapter
sa culture aux nouveaux objectifs de production, qui résultent du
changement climatique, de l'émergence de nouvelles maladies, des
impératifs de protection de l'environnement et des comportements des
consommateurs, il est nécessaire d'approfondir les connaissances sur
sa physiologie et sa pathologie, et de développer des outils et
ressources génétiques à partir desquels il sera possible de
l'améliorer.
Crédits: Virginie Curtil |
Or, si la biologie de la vigne n'en fait pas une espèce
modèle (plante pérenne, très hétérozygote et possédant un cycle de
reproduction long), il est rapidement apparu qu'il était non seulement
possible, mais aussi nécessaire, de développer des outils génomiques
pour accélérer l'acquisition de connaissances sur des caractères
agronomiques importants tels que la résistance aux maladies, la
tolérance aux stress abiotiques, la maturation et la qualité de la
baie,...
Les avancées dans la connaissances du génome de plantes modèles
(Arabidopsis, riz, et bientôt Medicago) ainsi que le
fait que le génome de la vigne soit de petite taille (475 Mb) ont
conduit la communauté scientifique internationale à s'organiser en un
consortium, International Grape Genome Program (IGGP), chargé de
coordonner le
développement des ressources génomiques sur la vigne. Stimuler la
mise en place d'un projet de séquençage du génome de la vigne était
l'un des objectifs du consortium.
Crédits: Virginie Curtil |
La connaissance du génome de la vigne favorisera considérablement le
transfert des résultats déjà acquis, chez des espèces modèles, sur des
mécanismes moléculaires impliqués dans les caractères d'importance
agronomique chez la vigne. La connaissance des séquences des gènes de
la vigne est nécessaire pour tenir compte au mieux de ses spécificités
biologiques : plante pérenne, fruit charnu, signaux de maturation
différents de ceux de la tomate, tendance à la dioécie, ... Elle
permettra des approches de génomique fonctionnelle qui ont montré leur
richesse et leur efficacité pour l'étude de caractères complexes chez
d'autres espèces. Une attention particulière sera ainsi portée aux
régions portant des " clusters " de séquences homologues à des gènes
de résistance ou de défense aux maladies : leur connaissance
facilitera l'exploration des ressources génétiques et l'accès aux
allèles impliqués dans ces mécanismes. Ces connaissances devraient
également permettre de répondre à un fort besoin de marqueurs de
l'état physiologique de la plante au vignoble afin de développer des
outils pour une viticulture plus précise, plus durable et de qualité
(adaptation au stress hydrique, lien entre la qualité technologique et
l'état de maturation des baies ...).
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Constitution d'un projet franco-italien
En automne 2004, sous la pression de la communauté international sur
le positionnement de la France en ce qui concerne le séquençage du
génome de la vigne, le Conseil Scientifique du Genoscope a donné un
avis favorable pour un séquençage de ce génome selon la stratégie de
séquençage global (Whole Genome Shot-gun) à une hauteur de 3
équivalents génomiques sur ses fonds. Parallèlement, l'INRA a présenté
une demande auprès de l'Agence Nationale de la Recherche (ANR) pour un
séquençage complémentaire à une hauteur de 6 équivalents
génomiques. L'avis positif a été communiqué au Genoscope par l'ANR en
mai 2005. Par ailleurs, en juillet 2005, la France et l'Italie
(Université de Padoue, Université de Milan et Université d'Udine) ont
signé un accord de collaboration pour le séquençage du génome de la
vigne. La part italienne concernant le séquençage sera réalisée à une
hauteur d'au moins 3 équivalents génomiques. Le programme
franco-italien de séquençage du génome de la vigne aboutira à une
couverture minimale de 12 équivalents génomiques. Par ailleurs, le
programme de séquençage du génome de la vigne est coordonnée au
séquençage d'une souche de levure (EC-1118) utilisée pour la
vinification et d'une souche de l'agent pathogène Botrytis cinerea.
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Stratégie
Crédits: Virginie Curtil |
Le séquençage du génome de
Vitis vinifera est réalisé sur le
génotype quasi-homozygote PN40024 créé à l'INRA de Colmar (
Bronner et Oliveira 1990). La taille
de son génome est estimée à 475 Mb (
Lodhi et Reisch 1995). La
stratégie choisie est un séquençage global (Whole Genome Shot-gun)
mené à une couverture minimale de 12 équivalents génomiques. Plusieurs
banques plasmidiques comprenant des inserts de tailles différentes (3
et 10 kb) ont été construites et sont en cours de séquençage. Une
banque BAC
HindIII de 70 656 clones a été construite et les
séquences d'extrémités ont été obtenues. Par ailleurs, une banque de
fosmides (35 kb) est en cours de construction afin d'obtenir des liens
clones à longue distance nécessaire lors de l'assemblage. L'ensemble
des séquences obtenues sera assemblée en utilisant l'assembleur
ARACHNE (Broad Institute) et une annotation automatique sera menée.
En parallèle, une carte physique et génétique comprenant plus de 1 500
marqueurs sera construite. Elle permettra d'ancrer et d'orienter les
super-contigs de séquence le long des 19 chromosomes.
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Bibliographie
- Bronner and Oliveira (1990) Creation and study of the Pinot
Noir variety lineage. In: Proc. 5th Intern. Symp. Grape Breeding St
Martin/Pflaz, Germany, Sept 1989, Vitis, special issue, pp69-80
- Lodhi MA, Reisch BI (1995) Nuclear DNA content of
Vitis species, cultivars and other genera of the
Vitaceae. Theor Appl Genet, 90 : 11-16
- ARACHNE: A Whole-Genome Shotgun Assembler, Genome Research , January 2002.
- Whole-Genome Sequence Assembly for Mammalian Genomes: ARACHNE
2, Genome Research , January 2003.
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* Photo de la feuille de pinot meunier par Vincent Dumas (INRA)
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