France
May 22, 2017
Moins d’un an après le décryptage du génome du tournesol, son analyse approfondie a permis d’identifier les centaines de gènes qui fonctionnent de concert pour réguler la floraison ou ceux qui sont impliqués dans la production d'huile. Menés par des scientifiques de l’Inra* dans le cadre du projet du Programme des Investissements d’Avenir SUNRISE et en collaboration avec le Consortium international de ressources génomiques du tournesol**, ces travaux sont publiés en ligne dans Nature le 22 mai 2017. Ces premiers résultats permettront de concevoir les variétés cultivées du futur, plus performantes et mieux adaptées aux nécessaires mutations de l’agriculture face aux nouvelles exigences environnementales, en particulier dans un contexte de changement climatique.
En juin 2016***, des scientifiques de l’Inra -dans le cadre du Programme d'investissements d’avenir SUNRISE (voir encadré ci-dessous) en collaboration avec le Consortium international de ressources génomiques du tournesol** - ont achevé le décryptage de l’ensemble des gènes du tournesol produisant ainsi une grande quantité de données désormais exploitables.
Produire une huile de meilleure qualité
Les gènes des tournesols cultivés ont été sélectionnés au cours de l’histoire : d’une part, avec la domestication des espèces sauvages par les indiens d'Amérique du Nord, et d’autre part avec la sélection variétale réalisée en croisant les variétés les plus performantes. L’objectif était d’améliorer les caractères d'intérêt agronomique, tels que la résistance aux maladies ou le rendement en huile. Aujourd’hui, grâce au décryptage du génome de référence du tournesol, l’identification des gènes d’interêt agronomique est plus précise et plus rapide (au moins trois fois plus rapide).
Les chercheurs ont ainsi comparé l’ADN de quatre-vingt variétés de tournesol sélectionnées en particulier pour leurs caractères de production d’huile ou de production de graines pour la consommation de bouche. L'analyse des différences, associée à des données fondamentales, a permis aux scientifiques de construire le panorama complet du réseau des gènes impliqués dans la production d'huile mais aussi d'identifier les plus intéressants en termes de potentiel agronomique. Ce résultat permettra de répondre aussi bien à une demande des consommateurs sur la qualité nutritionnelle de l’huile qu'à celle des industriels de l’agroalimentaire sur son potentiel technologique pour rendre leurs chaînes de production plus durables et plus performantes.
La date de floraison : une clef pour adapter la culture à différents climats
Les scientifiques de l’Inra ont découvert que le génome du tournesol, contrairement aux génomes de plantes de la même famille comme la laitue ou l'artichaut, a subi il y a environ 30 millions d'années un doublement de la taille de son génome. Cette duplication « récente » explique le nombre élevé de gènes chez le tournesol actuel (plus de 52 000 gènes). Malgré cette complexité, les chercheurs ont réussi à identifier des gènes qui s’expriment spécifiquement dans les organes floraux ou qui contrôlent la date de floraison. La connaissance de l’organisation de ces gènes sur le génome servira à accélérer le processus d'amélioration variétale du tournesol. Ainsi, c’est une large gamme de précocités qui sera mise à diposition des agriculteurs pour permettre la culture du tournesol dans un plus grand nombre de régions.
Le génome : un atout maître pour adapter la culture au changement climatique et lutter contre les maladies
Le tournesol est une des espèces de grandes cultures qui nécessite le moins d'intrants et qui est économe en eau. Afin d'optimiser ces atouts dans un contexte de réchauffement climatique et d’émergence de parasites plus aggressifs, les scientifiques vont maintenant étudier les gènes des variétés sauvages qui confèrent la capacité à se développer en période de grande sècheresse ou la capacité à résister aux attaques de parasites qui colonisent les zones de cultures. Ces gènes pourront faire l’objet de sélection et ainsi être transférés aux variétés cultivées pour élaborer de nouvelles variétés.
Ces premiers résultats issus du décryptage du génome permettront de concevoir les variétés cultivées du futur, plus performantes et mieux adaptées aux nécessaires mutations de l’agriculture face aux nouvelles exigences environnementales, en particulier dans un contexte de changement climatique. Ces nouvelles variétés devront également répondre aux usages alimentaires et industriels mais aussi aux enjeux économiques de la filière.
* Ces travaux coordonnés par des scientifiques du Laboratoire des Interactions Plantes-Microorganismes (LIPM, Inra-CNRS) ont impliqué de nombreuses équipes de l’Inra Occitanie-Toulouse (Centre national de ressources génomiques végétales (CNRGV) ; la plateforme Génome et Transcriptome ; le laboratoire Génétique, physiologie et systèmes d'élevage ; l'unité de Mathématiques et Informatique Appliquées de Toulouse (MIAT)) ; des chercheurs de l’unité Génétique, Diversité, Ecophysiologie des Céréales (Inra Auvergne Rhône-Alpes) ; de l’Institut des Sciences des Plantes de Paris-Saclay et de l’unité d’Etude du Polymorphisme des Génomes Végétaux. C’est également sous l’impulsion de ces équipes de recherche du centre Inra Occitanie-Toulouse dans le cadre du projet SUNRISE, soutenue par la Région Occitanie / Pyrénées – Méditerranée et les partenaires industriels Sofiprotéol et Libragen, que la plateforme de génomique GeT-PlaGe de la Génopole de Toulouse a acquis le séquenceur PacBio RS II en 2015 qui a permis le séquençage du génome de référence du tournesol.
** Ce consortium est coordonné par l’Université de Colombie-Britannique au Canada et l’Inra.
*** http://presse.inra.fr/Communiques-de-presse/Le-genome-du-tournesol-decrypte
Référence : Badouin, H., Gouzy, J., Grassa, C.J., Murat, F., Staton, S.E., Cottret, L., Lelandais-Brière, C., Owens, G., Carrère, S., Mayjonade, B., Legrand, L., Gill, N., Kane, N.C., Bowers, J.E., Hubner, S., Bellec, A., Bérard, A., Bergès, H., Blanchet, N., Boniface, M.-C., Brunel, D., Catrice, O., Chaidir, N., Claudel, C., Donnadieu, C., Faraut, T., Fievet, G., Helmstetter, N., King, M., Knapp, S.J., Lai, Z., Le Paslier, M.-C., Lippi, Y., Lorenzon, L., Jennifer Mandel, Marage, G., Marchand, G., Marquand, E., Bret-Mestries, E., Morien, E., Nambeesan, S., Nguyen, T., Pégot-Espagnet, P., Pouilly, N., Raftis, F., Sallet, E., Schiex, T., Thomas, J., Vandecasteele, C., Varès, D., Vear, F., Vautrin, S., Crespi, M., Mangin, B., Burke, J.M., Salse, J., Muños, S., Vincourt, P., Rieseberg, L.H., Langlade, N.B., 2017. The sunflower genome provides insights into oil metabolism, flowering and Asterid evolution, Nature (2017) doi:10.1038/nature22380
Le tournesol en chiffres :
- Plus de 270 variétés répertoriées
- 30 millions d’hectares dans le monde, avec 71% des surfaces en Europe
- 700 000 hectares cultivés en France et environ 223 500 hectares en Occitanie
- 52 000 gènes, soit un génome 20% plus grand que celui de l’Homme
Sunflower genome reveals symphony of genes involved in oil production and flowering
France
June 1, 2017
Less than one year after the decoding of the sunflower genome, in-depth analyses of said genome have revealed the hundreds of genes that work together to regulate flowering, and those that are involved in the production of oil. Carried out by INRA scientists* within the framework of the SUNRISE project in the French Investments for the Future Programme and in collaboration with the International sunflower genome consortium**, the studies were published online in the May 22, 2017 issue of Nature. These initial findings will help in designing the enhanced sunflower varieties of tomorrow, which will be better adapted to the inevitable changes in agriculture as it faces new environmental challenges, and in particular climate change.
In June 2016***, INRA scientists - within the framework of the SUNRISE Investments for the Future Programme (see insert below) and in collaboration with the International sunflower genome consortium** - decoded sunflower genes in their entirety, thereby providing science with a wealth of data.
New and improved sunflower oil
Over the course of history, the genes of cultivated sunflowers have been selected in two ways: through the domestication of wild species by North American indigenous peoples, and through the varietal selection that results from crossing the most productive varieties. The goal was to improve traits of agronomic interest, such as resistance to disease and oil yields. Now that the reference genome of sunflowers has been decoded, scientists can pinpoint genes that are of agronomic interest more precisely and three times faster than before.
The scientists compared the DNA of 80 sunflower varieties selected specifically for their capacity to produce oil, or seeds for consumption. The analysis of the differences, coupled with basic data, allowed the scientists to construct a comprehensive panorama of the network of genes involved in the production of oil, but also to identify the genes with the greatest agronomic potential. The result will allow the demands not only of consumers to be met, in terms of the nutritional quality of sunflower oil, but also those of the agrifood industry, in terms of technological potential for making production chains more sustainable and efficient.
Flowering time is key to adapting crops to different climates
The INRA scientists discovered that the sunflower genome, unlike the genomes of plants from the same family such as lettuce and artichoke, doubled in size some 30 million years ago. This “recent” duplication explains the high number of genes (more than 52,000) in today’s sunflower. Despite this complexity, the scientists managed to identify the genes that express themselves specifically in floral organs, and that govern flowering time. Knowing how these genes are organised within the genome will speed up the process of improving sunflower varieties. So farmers will have access to a wide range of early flowering varieties which will enable sunflowers to be grown in more regions of the world.
Genome: a tool for adapting crops to climate change and combatting disease
Among major crops, sunflowers require the least amount of input and are also frugal when it comes to water. In order to reap the benefits of these advantages in a context of global warming and the emergence of more aggressive parasites, scientists intend to study the genes of wild varieties of sunflower that allow the plant to survive periods of severe drought and resist the parasites that colonise zones where sunflower crops are grown. Those genes can then be selected and transferred to cultivated varieties to create new and improved varieties.
These initial findings from the decoding of the genome will allow scientists to design the sunflower varieties of tomorrow, which will be more efficient and better adapted to the inevitable changes in agriculture that will come about in the face of new environmental challenges, and in particular in the current context of climate change. These new varieties will satisfy food and industrial demands, but also rise to the economic challenges the sector is up against.
* These studies, coordinated by researchers from the Laboratory of Plant-Microbe Interactions (LIPM, INRA-CNRS), involved many INRA teams in Occitanie-Toulouse (the French Plant Genomic Resources Centre, CNRGV); the Genome & Transcriptome platform; the GenPhy2SE laboratory for genetics, physiology and livestock systems; the Mathematics and Applied Informatics research unit of Toulouse (MIAT); researchers from the Genetics, Diversity & Ecophysiology of Cereals unit (INRA Auvergne Rhône-Alpes); the Institute of Plant Sciences Paris-Saclay and the Research Unit for the Study of Plant Genome Polymorphism. Thanks to the teams of researchers from INRA’s Occitanie-Toulouse centre within the framework of the SUNRISE project, supported by the Occitanie-Pyrénées – Méditerranée region and the industrial partners Sofiprotéol and Libragen, the genome platform GeT-PlaGe of Génopole in Toulouse was able to acquire the PacBio RS II sequencer in 2015. Thanks to the sequencer, the reference sunflower genome was decoded.
** This consortium is coordinated by the University of British Columbia in Canada and INRA
*** http://presse.inra.fr/en/Press-releases/The-sunflower-genome-has-been-decoded
Reference: Badouin, H., Gouzy, J., Grassa, C.J., Murat, F., Staton, S.E., Cottret, L., Lelandais-Brière, C., Owens, G., Carrère, S., Mayjonade, B., Legrand, L., Gill, N., Kane, N.C., Bowers, J.E., Hubner, S., Bellec, A., Bérard, A., Bergès, H., Blanchet, N., Boniface, M.-C., Brunel, D., Catrice, O., Chaidir, N., Claudel, C., Donnadieu, C., Faraut, T., Fievet, G., Helmstetter, N., King, M., Knapp, S.J., Lai, Z., Le Paslier, M.-C., Lippi, Y., Lorenzon, L., Jennifer Mandel, Marage, G., Marchand, G., Marquand, E., Bret-Mestries, E., Morien, E., Nambeesan, S., Nguyen, T., Pégot-Espagnet, P., Pouilly, N., Raftis, F., Sallet, E., Schiex, T., Thomas, J., Vandecasteele, C., Varès, D., Vear, F., Vautrin, S., Crespi, M., Mangin, B., Burke, J.M., Salse, J., Muños, S., Vincourt, P., Rieseberg, L.H., Langlade, N.B., 2017. The sunflower genome provides insights into oil metabolism, flowering and Asterid evolution, Nature (2017) doi:10.1038/nature22380
Sunflowers, a few figures:
- More than 270 varieties identified
- 30 million hectares in the world, 71% of which is in Europe
- 700 000 hectares cultivated in France and approximately 223 500 hectares in Occitanie
52 000 genes, a genome which is 20% larger than the human genome
Topics
Species
