Sélection du pommier à l'ère de la génomique

La sélection du pommier

La sélection chez les arbres fruitiers est un processus long et couteux à cause du temps et de l'espace nécessaire à l'évaluation phénotypique de candidats à la sélection. L'utilisation des outils de la génomique devrait permettre d'accélérer ce processus en utilisant des informations génotypiques et phénotypiques d'une population de référence pour identifier des individus d'intérêt issus de croisements dès leur plus jeune âge et pour prédire les phénotypes en fonction des conditions environnementales à l'aide d'un modèle de prédiction géno-phénomique. Un consortium de six partenaires européens, localisés en Belgique, Espagne, France, Italie, Pologne et Suisse, a créé une population de référence pour le pommier et l'a implantée dans un réseau d'essais pour générer les données nécessaires à cette approche. Ceci représente un dispositif unique à ce jour pour le pommier.

La population de référence de pommier compte 534 génotypes, répartis en 269 accessions et 265 descendants de 27 croisements biparentaux, représentant la diversité des variétés traditionnelles de pommier cultivé et le matériel utilisé dans les programmes d'amélioration du pommier au niveau européen, respectivement. Des données de marquage moléculaire SNP (Single Nucleotide Polymorphism) en haute densité, portant sur 303 239 SNPs, ont été obtenues pour ces génotypes par la combinaison de résultats de deux puces de génotypage à haute et moyenne densité, grâce à l'imputation, dont la précision a été évaluée à 0.95. Des caractères d'adaptation à l'environnement, les dates de floraison et de maturité, ont été étudiés dans les six lieux où la population a été plantée. La décomposition de la variance phénotypique en variance génotypique (G), environementale (E) et d'interaction (GxE) a montré une part G très nettement supérieure à la part GxE pour la date de récolte, alors que pour la date de floraison, la part GxE atteignait le même niveau que la part G. La recherche d'association entre marqueurs et variation phénotypique pour ces caractères a permis de confirmer des régions génomiques identifiées précédemment. Des précisions de prédiction génomique de 0.57 et 0.75 ont été estimées pour les dates de floraison et de maturité, respectivement.

Ces résultats ont confirmé l'adéquation de la population de référence pour l'utilisation de la génomique dans la sélection du pommier. Son implantation dans six lieux, avec la possibilité dans chaque lieu d'appliquer deux itinéraires techniques différents, ainsi que le phénotypage de nombreux caractères d'intérêt, permettront d'étudier les interactions génotype x environnement x management (GxExM) ainsi que l'intérêt de modèles de prédiction multi-traits pour augmenter l'efficacité des programmes d'amélioration du pommier. La population de référence de pommier sera à la base de nombreux projets, en particulier le travail prévu sur pommier dans le cadre du projet européen H2020 INVITE.

Les modèles de prédiction génomique obtenus grâce aux données de la population de référence permettront d'accélérer l'amélioration du pommier pour des caractères d'intérêt comme la productivité, la taille et qualité des fruits ainsi pour que des caractères d'adaptation au milieu, qui prennent une place plus importante dans le contexte du changement climatique.

Partenaires : cette étude a été menée par les équipes ResPom et VaDiPom de l'UMR IRHS et l'unité expérimentale Horticole (à Angers) en collaboration avec des partenaires européens: Agroscope Wâdenswil/ETH Zurich en Suisse, IRTA/CRAG en Espagne, Better3Fruit et KU Leuven en Belgique, Research Center Laimburg en Italie, Research Institute in Horticulture en Pologne, Biometris-WUR aux Pays-Bas, University of Reading au Royaume Uni, University of Minnesota aux Etast-Unis/University of Oldenburg en Allemagne
 
Financement : projet européen FP7 FruitBreedomics No. 265582: Integrated Approach for Increasing Breeding Efficiency in Fruit Tree Crops; projet du métaprogramme SELGEN GDivSelGen; projet RIS3CAT (COTPAFRUIT3CAT) soutenu par le FEDER et le programme CERCA en Catalogne, programme “Severo Ochoa Program for Centres of Excellence in R&D” 2016–2019 (SEV‐20150533) du ministère en charge de l'économie en Espagne

Publication associée : Jung M, Roth M, Aranzana MJ, A. Auwerkerken, M. Bink, C. Denancé, C. Dujak, C.-E. Durel, C. Font i Forcada, C.M. Cantín, W. Guerra, N. Howard, M. Lewandowski, M. Ordidge, M. Rymenants, N. Sanin, B. Studer, E. Zurawicz, F. Laurens, A. Patocchi, H. Muranty (2020) The apple REFPOP—a reference population for genomics-assisted breeding in apple. Horticulture Research 7:189. doi: 10.1038/s41438-020-00408-8

Le génome et l’épigénome de la pomme décodés

(Nature Genetics 5 juin 2017)
https://doi.org/10.1038/ng.3886

La pomme est un des fruits les plus consommés au monde, et représente 84,6 millions de tonnes produites chaque année. Afin de pouvoir sélectionner plus efficacement les nouvelles variétés de pommier il est indispensable d’avoir accès à un génome de haute qualité. Cela permet d’effectuer des études génétiques et épigénétiques  indispensables à l'identification de gènes clés impliqués par exemple dans la texture du fruit, ou la résistance aux maladies.

Un consortium international, porté par l'unité IRHS à Angers, a obtenu un génome de très haute qualité grâce à l'utilisation des toutes dernières technologies de séquençage. Ce génome permet aux chercheurs d’avoir une vision sans précédent sur la composition et l’évolution du génome d’un arbre.

Ce nouveau génome a par exemple permis aux chercheurs d’identifier des réarrangements importants qui se sont produits dans le génome de la pomme il y a environ 21 millions d’années. Ces changements pourraient être dû à l’émergence des montagnes de Tian Shan (Kazakhstan), la région d’origine de la pomme. Ces évènements géologiques et environnementaux auraient contribué à l’évolution contrastée de l'ancêtre commun du pommier et du poirier.

Avec ce génome de très haute qualité, les chercheurs ont pu conduire des études épigénétiques (la transmission d’information indépendamment de la séquence de l’ADN). Cela leur a permis de mettre en évidence que des marques épigénétiques peuvent influencer le développement du fruit à travers l’expression différentielle des gènes.

Ce génome est un outil indispensable pour toute la communauté travaillant sur l’amélioration de la pomme : il va notamment permettre d’accélérer la création de nouvelles variétés plus résistantes pour réduire l’utilisation de pesticides.

Partenaires : Ce projet a été financé par la région Pays de la Loire (bourse ConnecTalent), l’Université d’Angers, INRAE, le projet européen FruitBreedomics, la Provincia autonoma di Trento, la Max Planck Society et la Deutsche Forschungsgemeinschaft.

Publication associée : Nicolas Daccord, Jean-Marc Celton, Gareth Linsmith, Claude Becker, Nathalie Choisne,    Elio Schijlen,    Henri van de Geest, Luca Bianco, Diego Micheletti, Riccardo Velasco,    Erica Adele Di Pierro,    Jérôme Gouzy, D Jasper G Rees,    Philippe Guérif, Hélène Muranty, Charles-Eric Durel, François Laurens, Yves Lespinasse, Sylvain Gaillard, Sébastien Aubourg, Hadi Quesneville, Detlef Weigel, Eric van de Weg, Michela Troggio & Etienne Bucher. High-quality de novo assembly of the apple genome and methylome dynamics of early fruit development. Nature Genetics, Vol. advance online publication (05 June 2017), https://doi.org/10.1038/ng.3886

Contact : jean-marc.celton@inrae.fr, unité IRHS