Décrypter le génome (axe de recherche 1)

L’objectif est d’acquérir des connaissances sur l’organisation du génome de blé et de développer des outils moléculaires innovants et à haut débit qui serviront de base aux études de génétique prévues dans BreedWheat. Le séquençage à grande échelle est mené aux niveaux du génome entier et de locus ciblés afin de fournir les bases pour le développement de marqueurs moléculaires à haut débit et l’isolement de gènes candidats pour les caractères d’intérêt (> 33 000 000 analyses de polymorphisme SNP sur 20 000 lignées). Cet axe 1 est aussi dédié au génotypage des populations et des panels développés dans les axes de recherche 2, 3 et 4 et à la mise en œuvre de nouvelles technologies de génotypage tout au long du projet.

L’axe de recherche 1 permettra de :

1. Produire des séquences de références du chromosome 1B du cultivar Chinese Spring et rechercher des polymorphismes structuraux en re-séquençant deux autres variétés.
2. Développer et cartographier (génétiquement et physiquement) un grand nombre de marqueurs SNP sur l’ensemble du génome afin de lier les cartes génétiques et les cartes physiques, mais aussi les séquences des chromosomes de blé au fur et à mesure de leur production par le consortium international pour le séquençage du génome de blé (IWGSC).
3. Génotyper les SNPs développés et cartographiés, sur les panels utilisés pour les analyses des axes de recherche 2, 3 et 4, afin (i) d’effectuer des études de génétique d’association efficaces et d’identifier des régions chromosomiques impliquées dans le contrôle de caractères majeurs, (ii), de caractériser les ressources génétiques de blé et d’identifier de nouveaux allèles pouvant être introduits dans les programmes de sélection, (iii) de développer des approches et des modèles de sélection génomique adaptés au blé.
4. Identifier les contigs physiques liés à une vingtaine de locus d’intérêt identifiés par génétique d’association (axe de recherche 2), séquencer ces contigs pour développer de nouveaux marqueurs moléculaires et ainsi permettre une cartographie fine et poser les bases du clonage positionnel pour environ 5 gènes d’intérêt.

S’adapter à l’environnement et au changement global (axe de recherche 2)

L’objectif est de développer des approches combinées pour déchiffrer les bases écophysiologiques, génétiques et moléculaires des facteurs clés déterminant les caractères agronomiques tels que le rendement, la tolérance aux stress biotiques et abiotiques, et la composition du grain en protéines, et ce, dans le cadre de systèmes agricoles durables soumis aux changements climatiques.

Un programme de phénotypage en champ de grande ampleur est déployé (70 000 parcelles dans plus de 15 localisations différentes) pour mesurer l’efficacité d’utilisation de l’azote (Nitrogen Use Efficiency, NUE), la composition en protéines du grain, la tolérance aux fortes températures et à la sécheresse, tout comme la résistance aux maladies fongiques (septoriose, fusariose). La deuxième phase du projet s’appuie sur les plateformes de phénotypage haut-débit développées dans le cadre du projet PIA Phénome (https://www.phenome-fppn.fr/), pour étudier les interactions entre différentes contraintes.

L’axe de recherche 2 permettra de :

1. Développer un modèle 4D structure/fonction de blé qui analyse les interactions à différents niveaux d’azote x pathogènes fongiques, identifie des idéotypes maximisant le rendement dans différents scénarios de systèmes de culture et climats, et propose des caractères pertinents pour le phénotypage.
2. Analyser la variabilité pour l’efficacité d’utilisation de l’azote et modéliser les voies de régulation multiples contrôlant l’expression de gènes influençant la teneur et la composition en protéines en réponse aux apports en azote et soufre.
3. Identifier les facteurs écophysiologiques et génétiques impliqués dans les réponses adaptatives aux fortes températures durant le remplissage du grain et au stress hydrique.
4. Définir de nouvelles méthodes de phénotypage de la résistance à la fusariose et la septoriose, mettre en évidence de nouveaux facteurs de résistance et proposer des modèles pour déterminer la durabilité des résistances.
5. Identifier les régions chromosomiques impliquées dans le déterminisme des caractères agronomiques (NUE, tolérance au stress hydrique, résistance aux maladies) et de qualité (concentration et composition en protéines) grâce à des études de génétique d’association qui seront réalisées avec les données phénotypiques produites dans les axes de recherche 2 et 3 et les données obtenues avec les marqueurs neutres ou de gènes candidats développés dans l’axe de recherche 1.

Caractériser et exploiter la diversité génétique (axe de recherche 3)

L’objectif est d’élargir la variabilité génétique disponible pour la sélection en introduisant de nouvelles sources de diversité génétique contenant des allèles favorables pour la résistance ou tolérance aux stress biotiques et abiotiques ciblés dans BreedWheat.

Plusieurs sources de diversité seront utilisées :

1. Les accessions sélectionnées parmi la collection de blé hexaploïde du Centre de Ressources Biologiques Céréales à paille d’INRAE (11 700 génotypes différents, https://www6.clermont.inra.fr/umr1095/Equipes/Recherches/Centre-de-Ressources-Biologiques).
2. Quelques cultivars récents ou anciens sélectionnés dans des environnements soumis aux stress biotiques et abiotiques.

Cet axe de recherche 3 construit ainsi deux panels, un panel de 4 600 accessions représentant la diversité mondiale du blé et un panel plus restreint de 450 blés d’hiver plus simple à phénotyper. Ce sous ensemble représente bien la diversité génétique globale et sera composé de génotypes aptes à une évaluation agronomique performante en condition Ouest Europe. Cet axe développera par ailleurs 2 jeux de 9 populations AB-QTL (Advanced Backcross – Quantitative Trait Locus) qui permettront l’introduction d’une diversité originale dans du matériel élite européen et qui seront partagées entre tous les semenciers du projet

Développer des nouvelles méthodes de sélection (axe de recherche 4)

L’objectif est de permettre le développement de nouvelles méthodes de sélection qui pourront tirer parti efficacement des informations (génétiques, moléculaires, physiologiques) et des outils (marqueurs, panels d’association) produits dans les autres axes de recherche de BreedWheat. Ces nouvelles méthodes auront pour but de prédire la valeur génétique de nouvelles variétés candidates, permettant ainsi de raccourcir la durée des cycles de sélection. Cet axe prend en compte à la fois les aspects techniques et socio-économiques de l’utilisation des nouvelles stratégies dans les sociétés semencières et leur impact éventuel sur les règles d’enregistrement et la règlementation par le Comité Technique Permanent de la Sélection (CTPS) en France.

L’axe de recherche 4 permettra de :

1. Développer des outils et des chaines d’analyses automatiques pour tester différentes méthodes statistiques et gammes de paramètres avant leur application dans des programmes de sélection à taille réelle.
2. Réaliser un programme de démonstration à taille réelle pour une sélection précompétitive de blé et comparer l’efficacité des différents schémas de sélection.
3. Evaluer les nouveaux idéotypes pour le rendement et l’adaptation aux nouveaux systèmes agricoles durables.
4. Evaluer l’impact de la sélection génomique sur la stratégie de recherche chez les semenciers et l’innovation des semences chez le blé.

Stocker et partager les données du projet (axe de recherche 5)

L’objectif est d’établir et mettre à jour un référentiel centralisé des données générées dans le cadre de BreedWheat, et de mettre en place une interface utilisateur pour l’exploitation de ces données et permettre les analyses statistiques à grande échelle grâce à un système intégré.

Ce système d’information BreedWheat (BW Information System, BWIS) repose sur des ressources existantes développées à l’URGI (https://urgi.versailles.inra.fr/gnpis/) et à Biogemma. Il sera complété par un système de requête original défini par les besoins utilisateurs, notamment les besoins émergents en lien avec le développement de technologies à haut débit et la gestion de gros volumes de données. Une interface spécifiquement dédiée aux activités de sélection sera mise en place afin de garantir une mise en application efficace des connaissances acquises au cours du projet. Une attention particulière est portée sur la traçabilité des données pour assurer l’application des règles de propriété intellectuelle.

L’URGI gère également le portail blé (https://wheat-urgi.versailles.inra.fr/) qui est reconnu comme la référence mondiale pour le stockage et le partage des données blé.

Dissémination et transfert de résultats (axe de recherche 6)

L’objectif est de diffuser les connaissances et résultats générés dans le cadre de BreedWheat auprès des différents acteurs de la filière blé et de développer des interactions avec les autres initiatives internationales autour de cette filière. Les acteurs visés sont les scientifiques, les sélectionneurs, les agriculteurs et industriels de l’agroalimentaire, les consommateurs, et les autorités politiques et règlementaires.

L’axe de recherche 6 comprend :

1. La communication autour du projet BreedWheat (ses objectifs, ses résultats) à l’occasion d’événements touchant les acteurs clés de la filière blé, notamment les dirigeants des sociétés et les chercheurs expérimentés, les agriculteurs, les médias, les autorités règlementaires et les consommateurs.
2. L’organisation de formations et la réalisation de cours sur la génomique du blé et les techniques de sélection.
3. Le transfert des résultats scientifiques et techniques et des savoir-faire de BreedWheat vers l’industrie.
4. La création d’un réseau de contacts pour faciliter les opportunités de collaborations.
5. La création et le maintien de liens durables entre BreedWheat et les initiatives nationales, européennes et internationales stratégiques.

Management du projet (axe de recherche 7)

L’objectif est d’assurer une bonne gestion du projet BreedWheat que ce soit au niveau de la production des résultats scientifiques, de l’utilisation des ressources allouées, de la communication au sein du consortium et du respect des règles définies dans l’accord de consortium.

L’axe de recherche 7 comprend :

1. Le suivi de la production des résultats en contrôlant la réalisation des objectifs, leur qualité scientifique, le calendrier initial, et leur contribution à l’avancement de l’état de l’art au niveau mondial.
2. Le suivi de l’utilisation des ressources consacrées à la réalisation de ces résultats.
3. La mise en place d’une organisation efficace pour soutenir le projet, avec une attention particulière aux aspects logistiques, financiers, de coordination, de diffusion de l’information, et de qualité et conformité avec les règles de l’ANR.
4. La préparation des rapports annuels et scientifiques & techniques et financiers pour l’ANR.