Le génotypage et le phénotypage holistiques des ressources phytogénétiques dans les banques de gènes européennes
Depuis le début du XXe siècle, lorsque de nombreuses variétés de cultures traditionnelles sont devenues incompatibles avec les pratiques agricoles modernes, les pays ont commencé à créer des banques de gènes pour sauvegarder la diversité génétique des cultures et de leurs ancêtres sauvages. Environ 7,4 millions d’échantillons de matériel génétique végétal (accessions) identifiés de manière unique sont aujourd’hui stockés dans plus de 1 750 banques de gènes dans le monde. Ces ressources phytogénétiques(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (semences, tissus végétatifs ou ADN) contiennent les clés destinées à adapter les cultures au changement climatique. Malgré leur importance, le potentiel des ressources phytogénétiques reste sous-exploité en raison du manque d’informations sur leurs propriétés génétiques et phénotypiques ainsi que de l’incertitude quant à la redondance des collections résultant de décennies d’échanges de matériel. Le projet AGENT(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financé par l’UE, a permis de relever ces défis. En utilisant le blé et l’orge, deux cultures européennes clés, AGENT a démontré comment la gestion coordonnée et la caractérisation des ressources génétiques dans un réseau européen de banques de gènes peuvent améliorer leur valeur pour la sélection de cultures résilientes au changement climatique.
Vers des données génomiques denses et de haute qualité sur les accessions
La production de données génomiques de haute qualité, bien qu’à une échelle limitée, a constitué un élément central d’AGENT. «Les informations génotypiques contribuent à une identification précise des accessions, révélant des matériaux génétiquement identiques, très similaires ou uniques dans l’ensemble des collections. Les génotypes uniques mettent en évidence la diversité non redondante d’importance mondiale qui est conservée ex situ dans les banques de gènes», explique le coordinateur du projet AGENT, Nils Stein, de l’Institut Leibniz de recherche sur la génétique végétale et les plantes cultivées(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). En outre, les génotypes partagés entre les banques de gènes sont intéressants pour l’analyse comparative des données phénotypiques dans différentes conditions climatiques. AGENT a génotypé des sous-ensembles sélectionnés d’environ 500 accessions de blé et/ou 500 accessions d’orge dans chacune des plus de dix banques de gènes participantes. Bien qu’insuffisant pour une cartographie complète de la diversité, ce génotypage à l’échelle pilote a démontré la valeur conceptuelle des données génomiques denses pour la gestion des banques de gènes, la recherche et la sélection.
Intégrer les données FAIR
Les banques de gènes ont recueilli au fil du temps des informations phénotypiques concernant leurs collections. Afin de rendre les données faciles à trouver, accessibles, interopérables et reproductibles(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (FAIR), les banques de gènes du consortium ont collaboré sur des formats et normes de données(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) et la gestion des données(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) pour conserver les données historiques sur le blé et l’orge et générer de nouvelles données. Cette coopération a permis d’effectuer des analyses intégrées sur l’ensemble des données individuelles combinées. «La visualisation de collections individuelles dans le contexte d’un ensemble de données beaucoup plus vaste est particulièrement bénéfique pour les utilisateurs de petites collections qui pourraient ne pas être représentatives de la variation globale au sein d’une espèce», note Nils Stein.
Informations génotypiques et phénotypiques dans un réseau de banques de gènes tenant compte du changement climatique
Un ensemble défini de ressources génétiques de plantes commerciales de blé et d’orge a été échangé entre les banques de gènes AGENT et partagé avec des sociétés de sélection et des coopératives d’agriculteurs pour des évaluations répétées sur le terrain pendant plusieurs années. Grâce aux informations phénotypiques nouvellement générées, associées aux informations phénotypiques et génotypiques historiques «FAIRifiées», les chercheurs ont pu identifier des sites de banques de gènes climatiquement similaires («méga-environnements»). À l’avenir, des informations génotypiques denses et des sous-ensembles de données phénotypiques sur la population de la banque de gènes mondiale pourraient servir à prédire les phénotypes d’accessions non caractérisées dans des conditions comparables. En fin de compte, le génotypage et le phénotypage complets des collections des banques de gènes rendraient accessible à la recherche et à la sélection la diversité génétique des plantes façonnée par l’adaptation passée au changement climatique. Ils révéleraient également dans quelle mesure les ressources phytogénétiques ont continué à s’adapter ou à évoluer depuis leur acquisition. «AGENT a démontré le potentiel de la collaboration interdisciplinaire et du génotypage et du phénotypage “FAIRifiés” pour renforcer les efforts de sélection», conclut Nils Stein. «L’application de ces concepts à grande échelle, soutenue par un financement accru, permettra à un réseau européen de banques de gènes de fournir des ressources phytogénétiques stratégiquement sélectionnées, accélérant ainsi l’amélioration des cultures, l’adaptation au changement climatique et la sécurité alimentaire à long terme.»
