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News

Sélection: La méthode CRISPR-Cas9 (1ère partie)

03/07/2019 - François-Xavier Branthôme - The 2019 Tomato News Conference - Avignon - Read in English
Après la Conférence…
La méthode CRISPR-Cas9 : à l’ère de la génomique, quelles innovations dans l’obtention semencière des tomates ? (1ère partie)

D’après la présentation de Mathilde Causse (INRA), lors de la Conférence Tomato News (16-17 mai 2019, Avignon)

La Conférence Tomato News a consacré une session, présidée par Antonio Casana, président de TomatoEurope, aux innovations et à l’apport de la recherche en amélioration variétale dans le développement de la filière. Première à s’exprimer dans ce cadre, Mme Mathilde Causse est Directrice de Recherche à l’Unité GAFL (Génétique et Amélioration des Fruits et Légumes) de l’INRA d’Avignon. Elle a décrit des travaux qui visent à mieux comprendre et gérer les bases génétiques et moléculaires de la variabilité qualitative du fruit de tomate dans sa globalité (organoleptique et nutritionnelle).  
Mathilde Causse

Les recherches conduites par Mathilde Causse portent plus spécifiquement sur la tomate destinée au marché de frais ; sa présentation du 17 mai dernier montre cependant que les problématiques et les solutions apportées pour ce secteur ne sont pas très éloignées de celles qui concernent la tomate d’industrie, et elle explique comment l’évolution des technologies aujourd’hui permet d’aller beaucoup plus vite et d’être beaucoup plus précis dans le travail de sélection.

« Pour reprendre les termes des chercheurs de l’Université de Cornell, nous sommes aujourd’hui dans la 4ème phase de l’évolution de la sélection : nous pouvons considérer que durant la première période de ce cheminement, la sélection a été effectuée par les agriculteurs. Ensuite, au 20ème siècle, les méthodes statistiques et l’expérimentation ont été introduites, qui ont permis de grands progrès dans les variétés. À la fin du 20ème siècle, depuis les années 80, les marqueurs moléculaires de l’ADN ont fait leur apparition et ont commencé à être utilisés en génétique. Ensuite, au 21ème siècle, nous avons acquis la connaissance du génome entier et nous sommes entrés dans l’ère de la sélection et de l’édition des génomes. »
 
Schéma créé par les chercheurs de l’Université de Cornell (USA)

« Qu’il s’agisse de tomate destinée au marché de frais ou destinée à la transformation industrielle, les objectifs de la sélection dans le secteur de la tomate sont assez proches : les producteurs de tomate recherchent les rendements, la stabilité, la précocité et l’adaptation aux conditions, notamment au changement climatique, mais aussi les résistances aux maladies, qui se comptent par dizaines à l’échelle mondiale et sont devenues un enjeu majeur. Les transformateurs, pour leur part, ont besoin de qualité, de fermeté, de tenue avant et après récolte, et de viscosité, tandis que les aspects commerciaux comme la qualité sensorielle ou la qualité nutritive, qui sont intimement liées à la composition des fruits, seront décisifs pour la vente des produits transformés.
Avec le temps, les chercheurs ont apporté et amélioré leurs réponses à plusieurs de ces objectifs, en s’efforçant de disposer de diverses variétés adaptées aux différentes conditions. Aujourd’hui il est important d’adapter les cultures afin de mieux correspondre à l’environnement agricole, de consommer moins d’eau, moins d’intrants, etc. »

« Les outils des sélectionneurs sont très nombreux. En premier lieu, le matériel végétal est très important, puisque nous avons accès, pour le secteur de la tomate, à plusieurs espèces sauvages cousines des variétés cultivées, très importantes parce qu’elles constituent une ressource unique pour toutes les résistances aux maladies. Nous disposons également d’un certain nombre de populations de mutants, et lorsque nous mettons en évidence un gène/caractère intéressant, il nous est possible de le transférer facilement aux variétés classiques. Ce travail fait également intervenir différentes méthodes comme le Genome Wide Association Study (ou étude de génétique d'association pangénomique – analyse de nombreuses variations génétiques chez de nombreux individus afin d'étudier leurs corrélations avec des traits phénotypiques, ndlr). Les chercheurs ont besoin de connaître le phénotype, de mesurer les traits, en étant aussi précis que possible : nous disposons d’un nombre de plus en plus large de critères de sélection, comme la taille des cellules ou la composition très précise des fruits. Nous avons recours aux marqueurs moléculaires, pour identifier les gènes présents dans la variété étudiée. Ces marqueurs permettent de suivre une région d’un chromosome porteur d’un « gène souhaitable » et de l’introduire dans une variété, au lieu de devoir mesurer le phénotype complexe sur plusieurs générations. »
 

« Nous en savons de plus en plus sur le génome, de sorte que les méthodes de sélection et d’amélioration ont beaucoup évolué pour aboutir aujourd’hui à des méthodes de sélection optimisées. Parmi les progrès les plus marquants de cette évolution, il faut citer en premier la publication, en 2012, de la séquence complète du génome de la tomate (qui compte 12 paires de chromosomes), résultat d’un travail initié par le Professeur Steve Tanksley (Université de Cornell, USA) en 2003 et mené à son terme grâce à l’apport des nouvelles technologies issues des progrès de la génétique humaine, qui ont permis d’identifier la quasi-totalité des 900 millions de paires de base constitutives des chromosomes. Un site web ouvert à tous (http://solgenomics.net) a été créé pour permettre à tous les chercheurs intéressés d’accéder à ces informations essentielles. Après cette étape (appuyée sur le séquençage de la variété Heinz 1706), les chercheurs ont pu re-séquencer plusieurs centaines de variétés importantes, dans un travail publié en 2014, et identifier ainsi plus de 10 millions de SNP (Single Nucleotide Polymorphisms (polymorphismes nucléotidiques, ou polymorphismes d'un seul nucléotide) : en génétique, la variation d'une seule paire de bases du génome, entre individus d'une même espèce, ndlr), ou variations d’une base potentiellement responsable des variations de n’importe quelle caractéristique. En atteignant un niveau de détail, de rapidité et d’efficience sans précédent, ce progrès a permis par exemple de différencier des variétés très proches les unes des autres, dans un contexte de coûts de séquençage très réduits.
Ces caractéristiques d’efficience et de coût continuent d’ailleurs de s’améliorer très rapidement aujourd’hui. Parallèlement, elles ont permis de mettre en évidence au niveau génomique une forte réduction de la diversité au sein des variétés cultivées de tomate. C’est la raison pour laquelle les sélectionneurs doivent recourir aux variétés sauvages telles que les « tomate-cerises » pour retrouver une certaine variabilité perdue qui pourrait être intéressante en termes de qualité des fruits, d’adaptation aux conditions, de résistances aux maladies, etc. »

« Tous les gènes de résistances aux maladies sont issus des espèces sauvages. Un aspect intéressant – mais parfois indésirable – des technologies précédentes de sélection et d’amélioration tient au fait que l’introgression d’une portion – généralement assez large – d’un gène en plusieurs étapes de croisements, dans le génome d’une variété cultivée donnée, s’accompagne de l’introduction de portions non désirées porteuses de « mauvais gènes » potentiellement nuisibles à la composition, à la taille ou à d’autres caractéristiques des fruits.
Grâce à l’emploi des marqueurs moléculaires, et au travail effectué dans le cadre de la Genome Wide Association Study, il a été possible d’identifier les gènes responsables de nombreux traits intéressants, notamment de la forme et de la taille des fruits, mais aussi de cartographier et d’identifier les gènes impliqués dans les processus de développement et de maturation des fruits, ceux qui sont responsables de la stérilité des fleurs, du caractère « jointless » (très important pour la tomate transformée), de la réaction aux stress abiotiques (sécheresse, chaleur, froid, etc.), ou des résistances aux maladies. » 

Voir le lien  ci-dessous pour la deuxième partie de ce dossier.

Quelques informations complémentaires
Pour mieux connaître Mathilde Causse et ses travaux :
https://www6.paca.inra.fr/gafl_eng/Staff/Holders/Causse

Les outils du sélectionneur

Cet article fait référence à la Conférence Tomato News qui s'est tenue à Avignon (Fr) les 16 et 17 mai 2019, pendant laquelle le rapport annuel « 2019 Processed Tomato Yearbook » a été distribué aux participants. Un exemplaire de ce livre peut être acheté sur ce site (consulter la page GET LISTED), ou vous pouvez compléter et renvoyer le bon de commande : order form.

Source : Conférence Tomato News, Interview Mathilde Causse (INRA)
 
 
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