Données et ressources
Après huit années, le projet Investissements d’Avenir BreedWheat (BW) est sur la bonne voie. Ce projet collaboratif associant 28 partenaires a notamment produit plus de deux milliards de données de génotypage, phénotypé environ 70 000 parcelles expérimentales pour des caractères d’intérêt agronomique et caractérisé des ressources uniques comme un panel de 4 600 accessions représentant la diversité mondiale du blé. Vous pouvez avoir un aperçu ci-dessous des résultats principaux par axes de recherche.
Puces de génotypage BW, marqueurs SNP et données de séquence
Parmi les principaux résultats, BW a conçu deux puces de génotypage Affymetrix Axiom contenant respectivement 423 000 et 35 000 marqueurs SNP (single nucleotide polymorphism). Celles-ci ont permis de génotyper environ 7 800 accessions de blé sur la plateforme Gentyane d’INRAE-GDEC à Clermont-Ferrand (http://gentyane.clermont.inra.fr/) (Rimbert et al., 2018). Afin que la communauté scientifique puisse bénéficier des résultats de BW, une grosse partie de la puce 423K, représentant 280 000 SNPs est rendue publique pour la recherche et la sélection. De plus, la puce 35K, est disponible au catalogue Affymetrix, permettant un accès facilité pour la communauté scientifique internationale. Une carte génétique comprenant plus de 307 000 SNPs a été construite, l’une des cartes avec la plus haute densité conçue pour le blé jusqu’à présent. Une séquence du chromosome 1B a été produite et utilisée pour améliorer la séquence de référence du génome entier du blé développée par le consortium international de séquençage du blé (International Wheat Genome Sequencing Consortium, IWGSC, IWGSC et al., 2018).
Modélisation, analyses transcriptomiques et phénotypiques
Un modèle écophysiologique carbone-azote capable de simuler la période post-floraison du blé a été achevé et évalué par rapport à des données expérimentales (Barillot et al., 2016A ; Barillot et al., 2016b). Le logiciel est disponible sur la plateforme SourceS sur demande aux auteurs. Une plateforme pour l’inférence de réseaux de régulation des gènes, RulNet (http://rulnet.isima.fr/), a été développée (Vincent et al., 2015). Plusieurs protéines impliquées dans la régulation de la synthèse des protéines de réserve du grain ont été identifiés (Bancel et al., 2015 ; Bonnot et al., 2015 ; Bonnot et al., 2017 ; Boudet et al., 2018). L’analyse combinée d’un réseau de coexpression et de données phénotypiques a mis en évidence des voies métaboliques associées à l’effet du réchauffement sur le développement du grain du blé (Girousse et al., 2018). Les données provenant de 27 expérimentations menées sur plus de 200 variétés liées à la tolérance à une carence en azote, à la sécheresse et aux maladies, surtout dans des conditions en champ, ont été analysées et ajustées pour effectuer des études d’association sur génome entier (Genome Wide Association Studies, GWAS). La classification des environnements en utilisant des covariables issues d’un modèle de culture a notamment permis d’identifier les QTL associées au rendement en grains dans différents scénarios de stress hydrique (Touzy et al., 2019). Enfin, BreedWheat a partagé avec le projet Phenome-Emphasis (www.phenome-emphasis.fr) le développement de plusieurs méthodes de phénotypage haut-débit (comptage du nombre de plantes, du nombre d’épis, estimation de la fraction verte du couvert, de la hauteur des plantes) ouvrant la voie à des caractérisations fines de larges collections de génotypes (Liu et al., 2017a ; 2017b ; 2017c ; Madec et al., 2017 ; 2019).
Exploitation de la variabilité génétique naturelle
Un “panel de diversité” de 4 600 accessions représentant la diversité mondiale a été sélectionné parmi les 11 000 accessions de blé disponibles au Centre de Ressources Biologiques Céréales à paille d’INRAE-GDEC à Clermont-Ferrand (http://www.clermont.inra.fr/umr1095/). Ce panel a été génotypé, phénotypé et caractérisé (Balfourier et al., 2019) montrant que la structure génétique des variétés de pays (landrace) peut être expliquée par les anciennes routes de migration humaines, avec l’apparition de nouveaux allèles enrichis de variations structurelles qui pourraient être la signature d’introgressions de parents sauvages après 1960. La liste des 4 600 accessions et les données de phénotypage générées sont aujourd’hui disponibles à la communauté scientifique. Un nouveau “panel d’association” de 450 lignées a été sélectionné à partir du “panel de diversité” et phénotypé. La liste de ces 450 accessions est disponible à la communauté internationale sur demande au consortium BreedWheat. Deux vagues de neuf populations recombinantes sont en cours de développement dans le but d’introduire de la diversité génétique dans du matériel élite français. Ces populations seront partagées entre tous les partenaires de BreedWheat ayant contribué à leur développement.
Sélection Génomique
Une chaine d’analyse en langage R, appelée BWGS (BW Genomic Selection), a été conçue, offrant diverses combinaisons de méthodes de réduction de la dimension des données, imputation de données manquantes et prédiction génomique (Ly et al., 2018). Sa capacité à prédire avec précision les valeurs de sélection a été validée sur un ensemble de données de sélection historiques. De plus, ce script R permet d’analyser l’efficacité des schémas de sélection génomique par rapport à la sélection conventionnelle, en prenant en compte les coûts réels. Des idéotypes ont été définis par l’assemblage de caractères adaptatifs pour diverses conditions en France et des expérimentations ont été définies afin d’évaluer 25 variétés proches des idéotypes souhaités.
Un portail web unique pour accéder aux données
Le système d’information BW (BW Information System, BWIS) a été développé afin de stocker et partager l’énorme quantité de données générée dans le projet BW. Basé sur des ressources existantes développées par INRAE-URGI et Biogemma, le BWIS a été amélioré afin de répondre aux besoins des utilisateurs (tels que les sélectionneurs), plus particulièrement au niveau de l’architecture des bases de données de génotypage et phénotypage. Toutes les données de génotypage, de phénotypage et d’associations générées jusqu’à présent dans BW ont été intégrées. Le BWIS est également inclus dans le portail blé de l’URGI (https://wheat-urgi.versailles.inra.fr/) qui est la référence mondiale pour le stockage et le partage des données blé, avec notamment la séquence de référence du blé (Alaux et al., 2018).
Une capacité à rassembler différents pays travaillant sur la même cible
La première conférence internationale BW (International Wheat Innovation Workshop, IWIW) a eu lieu à Clermont-Ferrand les 16 et 17 novembre 2015. Plus de 170 chercheurs des secteurs public et privé ont assisté à cet évènement visant à informer les communautés scientifiques et semencières sur les principaux progrès en génétique, génomique, écophysiologie et sur l’adaptation du blé aux contraintes environnementales majeures, et de favoriser les discussions entre les équipes travaillant sur le blé dans des grands projets nationaux. La 2ème conférence internationale BW (2nd International Wheat Innovation Workshop, IWIW2) a eu lieu à Clermont-Ferrand le 22 mars 2018, en marge d’Eucarpia Cereals. Au cours de cette conférence, environ 130 scientifiques des communautés publiques et privés ont échangés sur les stratégies de recherche à mettre en place autour de cinq sujets d’intérêts pour la communauté travaillant sur le blé, à savoir ressources génétiques, phénotypage, édition de génome, sélection génomique et bio-informatique. La synthèse de ces discussions est disponible sur le site web BW. Le projet anglais Design Future Wheat, l’alliance allemande ProWeizen, le programme CGIAR de recherche sur le blé ainsi que l’IWGSC et la Wheat Initiative ont participé à l’organisation de ces deux conférences.