La génomique des populations à plein régime : le super-pangénome de la pastèque ouvre la voie à la sélection de précision

La génomique des populations à plein régime : le super-pangénome de la pastèque ouvre la voie à la sélection de précision

Alyssa Kearly, Boyce Thompson Institute*

La pastèque est le fruit estival par excellence, évoquant des images d’après-midis chauds et ensoleillés et de barbecues entre amis ou en famille. On imagine facilement son écorce verte rayée et sa chair rose, on sent le croquant délicat lorsqu’on mord dans une tranche, et on a presque le goût du jus sucré qui jaillit sur la langue. Ce à quoi on ne pense probablement pas, c’est la base biologique de caractéristiques telles que la couleur, la texture et la douceur du fruit – la génétique qui a subi des millions d’années de sélection, tant dans la nature que par le biais de la sélection intentionnelle, pour vous offrir cette expérience précise.

Les pastèques que l’on trouve dans les supermarchés ne sont, en effet, que quelques-unes parmi de nombreuses variétés, chacune présentant un ensemble distinct de caractéristiques physiques, ou phénotypes, qui découlent de différences dans leur constitution génétique, ou génotype. Au fil de l’histoire, la sélection visant à obtenir des caractéristiques souhaitables a considérablement réduit la diversité génétique de la pastèque cultivée, altérant sa capacité à s’adapter aux pressions environnementales et aux maladies et mettant en péril sa viabilité à long terme. Cependant, les pastèques sauvages ont conservé de nombreux traits précieux et pourraient donc détenir la clé pour améliorer les cultivars modernes.

Afin de mieux comprendre comment les différences génotypiques contribuent à la variation phénotypique chez la pastèque, une équipe internationale dirigée par le Dr Zhangjun Fei du Boyce Thompson Institute a établi un super-pangénome complet de la pastèque, désormais publié dans Nature Genetics. Cette ressource révolutionnaire intègre 138 génomes provenant à la fois de pastèques sauvages et cultivées afin de décrire les relations évolutives entre les génomes individuels avec une profondeur sans précédent.

Les génomes de référence traditionnels sont généralement dérivés d’un seul représentant d’une espèce, tandis que les pangénomes intègrent plusieurs accessions au sein d’une espèce, mais aucun des deux ne rend pleinement compte de la diversité entre les espèces apparentées. M. Fei explique : « Nous appelons le nôtre un super-pangénome car nous avons intégré des accessions provenant non seulement d’une seule espèce, mais des sept espèces existantes du genre de la pastèque. Les espèces sauvages apparentées fournissent des informations abondantes pour le développement de marqueurs et la prédiction génomique. » Les super-pangénomes constituent donc des outils puissants pour la sélection ciblée de cultures capables de mieux répondre aux besoins de la société.

Les génomes de la pastèque contiennent des centaines de mégabases d’ADN, et les différences entre les génomes individuels vont de polymorphismes nucléotidiques simples (SNP) mineurs à de grandes variantes structurelles (SV) pouvant s’étendre sur des centaines de milliers de bases. La nature graphique de ce super-pangénome de pastèque offre une capacité améliorée pour détecter ces SV, qui peuvent avoir des impacts considérables sur le phénotype. En intégrant toutes ces informations, l'équipe de M. Fei a essentiellement créé une carte complexe de la diversité génétique de la pastèque.

Forte de cette puissante ressource, l'équipe a cherché à relier des régions génomiques spécifiques à des caractères agricoles importants. L'intégration des données sur les SV dans leur analyse a considérablement élargi le potentiel d'identification d'associations génotype-phénotype fortes, conduisant à la découverte de plusieurs SV fortement associées à la saveur sucrée et à la résistance à des agents pathogènes.

Il est notamment apparu qu’une SV était significativement associée à l’intensité de la couleur de la chair, un caractère commercial important qui est en corrélation avec la valeur nutritionnelle et influence l’attrait pour le consommateur. Cette SV a eu un impact sur l’expression d’un gène particulier, et comme l’a souligné M. Fei, « ce gène n’aurait pu être identifié qu’à l’aide de ce super-pangénome, car la SV n’était liée à aucun SNP voisin ».

Au-delà des découvertes de gènes individuels, ce super-pangénome ouvre la voie à des applications plus larges. « Ces ressources peuvent avoir un impact direct sur les stratégies de sélection », explique M. Fei, « car nous pouvons les utiliser pour créer des plateformes de sélection assistée par la génomique ». Pour démontrer ce potentiel, l'équipe a généré des modèles prédictifs capables de déduire des caractéristiques phénotypiques à partir d'un ensemble compact de marqueurs SNP et SV à fort impact.

Les ressources génomiques telles que les super-pangénomes fournissent une mine d'informations sur la base génétique de caractères importants, mais leurs implications vont bien au-delà du laboratoire. Grâce à une connaissance au niveau moléculaire de la manière dont les caractères sont hérités, des stratégies de sélection ciblées peuvent être élaborées pour développer plus efficacement des cultures présentant des combinaisons de caractères favorables. Pour la pastèque, l’un des principaux objectifs est de réintroduire la résistance à des maladies provenant de ses parents sauvages tout en conservant les caractéristiques sensorielles qui en ont fait un fruit très apprécié des consommateurs. À l’ère des super-pangénomes, une telle personnalisation devient de plus en plus réalisable.

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* Source : Super-powered population genomics: Watermelon super-pangenome paves the way for precision breeding - Boyce Thompson Institute