Changement climatique : AMAIZING explore l’incroyable diversité génétique du maïs

Développer des approches de sélection du maïs, comprendre sa diversité naturelle, évaluer le potentiel d’adaptation des futures variétés à diverses conditions agroclimatiques… Dans le cadre du programme « Investissements d'avenir », le projet Amaizing, qui s’est terminé en novembre 2021, a structuré une communauté d’acteurs privés et publics pendant dix ans. Côté INRAE, ce sont 14 unités INRAE qui étaient impliquées. Parmi elles, six unités de recherche franciliennes : l’Institut Jean-Pierre Bourgin (IJPB), Génétique Quantitative et Evolution (GQE), l’Unité de Recherche Génomique Info (URGI), l’Etude des Polymorphismes de Génomes Végétaux (EPGV), ainsi que l'unité Génomique et bioinformatique et l’unité Mathématiques et Informatique appliquées du Génome à l’Environnement (MaIAGE).

Trois temps-forts pour clôturer 10 ans de recherche

Les 23 partenaires se sont réunis en septembre pour faire une restitution en plusieurs temps : « nous avons commencé par un mini colloque scientifique pour présenter l’ensemble des résultats du projet. Le deuxième temps était plutôt en interne, avec les partenaires. Cela a donné lieu à des discussions sur les données obtenues et sur les suites données à ce projet. Et pour terminer, le dernier temps s’est déroulé avec les parties prenantes afin de présenter globalement le projet » précise Alain Charcosset.

Explorer les gènes

 « Si je devais résumer en une phrase, AMAIZING a posé plusieurs briques pour mieux sélectionner les variétés capables de résister au changement climatique, tout en ayant une meilleure compréhension de la diversité, des réactions des plantes et de la génétique liée à ces réponses, et en explorant des pistes pour le futur » explique Alain Charcosset. En effet, les recherches menées ont permis une meilleure compréhension, non seulement du progrès génétique réalisé, mais aussi des réponses des plantes aux conditions environnementales. Le tout, en améliorant les connaissances sur la diversité génétique du maïs.

« Nous avons fait un gros travail sur l’organisation génétique, de structuration des génomes. Comment la diversité génétique s’est organisée au fil du temps ? Quelle est la génétique disponible aujourd’hui ? Une grosse partie du travail s’est faite sur l’adaptation au froid, au stress hydrique, sur les conditions d’alimentation en azote limitante, sur l’identification des voies métaboliques impliquées, sur la génétique de ces caractères… » précise le Directeur de recherche.

Ce qu’il faut retenir

- 7 génomes de maïs ont été séquencés et un atlas d’expression génique a été constitué, mettant en évidence qu’une proportion très significative de gènes – 10 000 sur 45 000 – présente des profils de présence / absence d’un génotype à l’autre.

- La diversité génétique de plus de 3000 lignées et populations a été structurée. « L’hybridation entre de maïs nord et sud a joué un rôle primordial dans l’adaptation aux latitudes intermédiaires » précise Alain Charcosset. Ce sont d’ailleurs 60 variétés à succès cultivées de 1950 à 2016 dont le comportement a été analysé.

- Le projet a également permis l’intégration de données -omic (transcriptomique, protéomique et métabolomique) par des approches de biologie des systèmes. Des réseaux de gènes impliqués dans la réponse au stress hydrique ont notamment été identifiés.

- Le phénotypage haut-débit en environnement contrôlé (4 essais) et le phénotypage en champ (24 essais) dans des environnements contrastés ont été réalisés. Le progrès génétique réalisé sur les 50 dernières années est comparable aussi bien en conditions optimales qu’en conditions de stress. Par ailleurs, des régions génomiques impliquées dans l’adaptation au stress thermique et hydrique ont été mises en évidence. Celles-ci pourraient être ciblées dans les programmes de sélection de variétés.

- Et enfin, les chercheurs ont travaillé sur le couplage entre modèles écophysiologiques et modèles de prédiction génomique (prise en compte de l’ensemble du génome) : prédiction du comportement des variétés dans des conditions non expérimentées. Ces approches sont en cours d’implémentation par les partenaires semenciers du projet et contribueront à la création d’une nouvelle génération de variétés.

Pour en savoir plus

Le site du projet

Un article de Perspectives agricoles (2020)