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New perspectives to improve wheat: the reference sequence of wheat genome is finally a reality
The International Wheat Genome Sequencing Consortium (IWGSC), of which INRA is a leading member, published the first wheat genome reference sequence in Science, on 17 August 2018. French research teams from INRA, CEA, and the universities of Clermont-Auvergne, Evry, Paris-Sud and Paris-Saclay contributed to the project, a scientific milestone due to the enormous complexity and size of the genome — five times larger than the human genome and forty times larger than the rice genome. This achievement will make it possible to identify genes of agronomic interest, opening new perspectives to improve bread wheat varieties and crops in order to face the challenges of the future. This reference sequence also represents a significant step towards understanding how this complex genome functions and evolves.
With over 220 million ha, bread wheat (Triticum aestivum L.) is the most widely grown cereal crop in the world and a staple food for 30% of the human population. Along with rice, wheat is the most widely consumed cereal, accounting for almost 20% of the average daily nutritional requirements of human beings. To meet the ever-changing demands of a growing world population, while still maintaining sustainable social and environmental conditions, wheat productivity needs to increase by 1.7%. An increment of this size will require unprecedented progress—the like of which has not been seen since the Green Revolution of the 60s—both in wheat improvement and agronomic practices.
On 17 August 2018, The International Wheat Genome Sequencing Consortium (IWGSC) published in Science the description and analysis of the wheat reference genome sequence, which they had announced in January 2016. This resource is the result of the work of over 200 researchers from 73 research institutes in 20 countries. It provides valuable tools to face the agricultural challenges of the future, since it will allow a faster identification of genes responsible for traits of agronomic interest.
Over 107,000 genes identified and 4 million molecular markers developed
The analysis of this sequence has led to the precise location of over 107,000 genes, some of which are potentially involved in grain quality, disease resistance, and tolerance to drought. Moreover, it has allowed researchers to develop over four million molecular markers, including some currently being used in gene selection programs.
Besides its contribution to wheat improvement, this sequence also allows researchers to better understand the bread wheat genome, one of the biggest and most complex in the plant kingdom. Now, they can study the regulation of genome organization and gene expression, and even reveal the evolution mechanisms that have shaped this genome since its formation, around 10,000 years ago.
Although it is the result of 13 years of work and constitutes a major contribution to the scientific community, the reference genome sequence is only the first step. IWGSC’s research teams are already working on new challenges, most notably, a functional study on the integral elements of this sequence and the characterization of the genetic diversity of wheat and other related species, in order to identify new genes and alleles of agronomic interest.
The impact of the reference wheat sequence in the scientific community has already been significant, as proven by the six other articles published on the same day in Science, Science Advances and Genome Biology (1), with the contribution of scientific French teams.
Furthermore, more than 100 scientific articles have quoted the reference sequence since it was made available in January 2017 at the IWGSC webpage, hosted by the Genomics - Informatics Research Unit, INRA.
http://presse.inra.fr/en/Press-releases/a-whole-wheat-genome-assembly-available-online-on-an-INRA-platform
(1) Articles published on 17 August 2018 in Science, Science Advances and Genome Biology:
Ramirez-Gonzalez et al. (2018) The transcriptional landscape of polyploid wheat. Science.
Juhasz et al. (2018) Genome mapping of seed-borne allergens and immune-responsive proteins in wheat. Science Advances.
Wicker et al. (2018) Impact of transposable elements on genome structure and evolution in wheat. Genome Biology.
Alaux et al. (2018) Linking the International Wheat Genome Sequencing Consortium bread wheat reference genome sequence to wheat genetic and phenomic data. Genome Biology.
Keeble-Gagnère et al. (2018) Optical and physical mapping with local finishing enables megabase-scale resolution of agronomically important regions in the wheat genome. Genome Biology.
Thind et al. (2018) Chromosome-scale comparative sequence analysis unravels molecular mechanisms of genome dynamics between two wheat cultivars. Genome Biology
REFERENCE
IWGSC (2018) Shifting the limits in wheat research and breeding using a fully annotated reference genome. Science. http://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aar7191
La publicación de la primera secuencia de referencia del genoma del trigo abre nuevas perspectivas para producir mejores variantes
El Consorcio Internacional para la Secuenciación del Genoma del Trigo (IWGSC), que cuenta con el INRA como miembro líder, publicó la primera secuencia de referencia del genoma del trigo el 17 de agosto de 2018 en la revista Science. Un grupo de investigadores franceses del INRA, la CEA y el CNRS y de las universidades de Clermont-Auvergne, Evry, Paris-Sud y Paris Saclay contribuyó a realizar el proyecto, una verdadera hazaña científica considerando el tamaño y la complejidad de este genoma cinco veces más grande que el genoma humano y 40 veces más grande que el genoma del arroz. Esta secuencia permitirá identificar genes de interés agronómico, lo que abrirá nuevas posibilidades para mejorar el cultivo del trigo y hacer frente a los enormes desafíos del futuro. Además, este logro representa un gran paso adelante en el esfuerzo por comprender el funcionamiento y la evolución de este complejo genoma.
Con más de 220 millones de hectáreas, el trigo harinero (Triricum aestivum L.) es el cereal más cultivado del mundo y el alimento básico de un 30 % de la población mundial. Este cereal aporta aproximadamente un 20 % de los requerimientos nutricionales diarios y, junto con el arroz, es el más consumido por la población humana mundial. Para poder abastecer la demanda alimentaria de una población mundial en crecimiento es necesario un aumento en la producción de trigo de por lo menos un 1,7 %, manteniendo, al mismo tiempo, condiciones ambientales y sociales sostenibles. Alcanzar esta meta requiere un progreso considerable, de la magnitud de la revolución verde en la década de 1960, en el ámbito del mejoramiento del trigo y las prácticas agronómicas.
El 17 de agosto de 2018, el Consorcio Internacional para la Secuenciación del Genoma del Trigo (IWGSC) publicó en la revista Science la descripción y el análisis de la secuencia de referencia del genoma del trigo, que había anunciado en enero de 2016. Fruto del trabajo de más de 200 científicos de 73 institutos de investigación en 20 países, este recurso proporciona valiosas herramientas para hacer frente a los desafíos de la agricultura, ya que permitirá identificar más rápidamente genes responsables de propiedades de interés agronómico.
107 000 genes identificados y 4 millones de marcadores moleculares desarrollados
El análisis de esta secuencia ha permitido la localización precisa de más de 107 000 genes, incluyendo algunos potencialmente implicados en la calidad del grano, la resistencia a enfermedades y la tolerancia a la sequedad. Asimismo, ha hecho posible el desarrollo de más de 4 millones de marcadores moleculares, algunos de los cuales ya están siendo utilizados en programas de selección.
Además de contribuir al mejoramiento del trigo, esta secuencia permite comprender mejor su genoma, uno de los más grandes y complejos del reino vegetal. De esta manera, es posible estudiar la organización de los genes, la regulación de su expresión e, incluso, elucidar los mecanismos evolutivos que han moldeado este genoma desde su formación hace aproximadamente 10 000 años.
Si bien esta secuencia es el fruto de 13 años de trabajo y una considerable contribución para la comunidad científica, se trata tan solo de una primera etapa. Los equipos científicos del consorcio se lanzan desde ya contra nuevos desafíos, dentro de los que destaca el estudio funcional de los elementos consecutivos de la secuencia o la caracterización de la diversidad genética del trigo (y otras especies relacionadas) para identificar genes y alelos de interés agronómico.
La secuencia del trigo ya ha tenido repercusiones significativas en la comunidad científica, tal como lo indican los seis artículos* publicados el mismo día en las revistas Science, Science Advances y Genome Biology, los cuales contaron con la participación de equipos de investigación franceses.
Adicionalmente, desde que la secuencia fue publicada en enero de 2017 en la página del IWGSC, ha sido citada como referencia en más de cien artículos científicos.
* Artículos publicados el 17 de agosto en las revistas Science, Science Advances y Genome Biology:
Ramirez-Gonzalez et al. (2018) The transcriptional landscape of polyploid wheat. Science.
Juhasz et al. (2018) Genome mapping of seed-borne allergens and immune-responsive proteins in wheat. Science Advances.
Wicker et al. (2018) Impact of transposable elements on genome structure and evolution in wheat. Genome Biology.
Alaux et al. (2018) Linking the International Wheat Genome Sequencing Consortium bread wheat reference genome sequence to wheat genetic and phenomic data. Genome Biology.
Keeble-Gagnère et al. (2018) Optical and physical mapping with local finishing enables megabase-scale resolution of agronomically important regions in the wheat genome. Genome Biology.
Thind et al. (2018) Chromosome-scale comparative sequence analysis unravels molecular mechanisms of genome dynamics between two wheat cultivars. Genome Biology
REFERENCIA
IWGSC (2018) Shifting the limits in wheat research and breeding using a fully annotated reference genome. Science. http://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aar7191
