Clonage d’un gène de résistance provenant d’une espèce sauvage apparentée grâce à la capture de séquences et à la génétique d’association
Citation
Fatima, F., McCallum, B.D., Pozniak, C.J., Hiebert, C.W., McCartney, C.A., Fedak, G., You, F.M., Cloutier, S. (2020). Identification of New Leaf Rust Resistance Loci in Wheat and Wild Relatives by Array-Based SNP Genotyping and Association Genetics. Frontiers in Plant Science, [online] 11 http://dx.doi.org/10.3389/fpls.2020.583738
Résumé en langage clair
La rouille des feuilles est une maladie causée par un champignon pathogène chez le blé. Elle est le type de rouille du blé le plus répandu et cause d’énormes pertes chaque année dans le monde. Les populations de champignons sont en constante évolution et acquièrent régulièrement de nouvelles formes de virulence, ce qui leur permet d’infecter des variétés de blé auparavant résistantes. Il est nécessaire de trouver de nouvelles sources de résistance pour garder une longueur d’avance dans cette course évolutive entre les plantes et les pathogènes. La présente étude visait à trouver de nouvelles sources de résistance à la rouille des feuilles chez des espèces de blé cultivées, mais aussi chez des espèces apparentées sauvages. Nous avons caractérisé 385 lignées appartenant à 27 espèces au moyen de données génotypiques et phénotypiques. Les données génomiques regroupaient plus de 20 000 marqueurs ADN définis pour chaque lignée. Les lignées ont été cultivées en plein champ durant plusieurs années et dans de multiples localités pour mesurer la fréquence de la rouille des feuilles chez chacune d’elles. Les lignées ont également été évaluées en serre, au moyen de six isolats de rouille. Nous avons ensuite réalisé des analyses approfondies pour « associer » les données sur les marqueurs ADN (génotypiques) et les données relatives aux deux types d’évaluation de la maladie (phénotypiques), en vue de déterminer les régions chromosomiques hébergeant les présumés gènes de résistance; nous avons ainsi identifié avec un degré de confiance élevé 96 régions de ce type. Ce type d’analyse est nommé « étude d’association pangénomique ». Vingt et une régions se trouvaient près de gènes de résistance à la rouille des feuilles; les autres régions ont été considérées comme de nouveaux gènes de résistance à la rouille des feuilles, dont certains étaient présents chez des espèces sauvages apparentées et pourraient être mis à profit pour améliorer la résistance à la rouille chez le blé. Des analyses des gènes se trouvant dans ces régions ont fourni des indications sur la nature des gènes de résistance réels. Ces découvertes fournissent une large gamme de renseignements utiles pour améliorer la résistance à la rouille des feuilles chez le blé à l’aide de nombreuses méthodes, dont la sélection assistée par marqueurs, l’isolement et la modification de gènes, l’introgression et la création de blé synthétique.
Résumé
La rouille des feuilles, causée par le Puccinia triticina, est le type de rouille le plus répandu chez le blé. Les populations d’agents pathogènes sont en constante évolution, de sorte qu’il faut trouver de nouvelles sources de résistance pour maintenir la résistance aux maladies et garder une longueur d’avance dans cette course évolutive entre les plantes et les pathogènes. Le bassin génétique sauvage du blé constitue une riche source de diversité génétique et représente 44 % des gènes Lr identifiés. Nous avons réalisé une étude d’association pangénomique à partir du matériel génétique de 385 obtentions, dont 27 espèces des genres Triticum et Aegilops. Une caractérisation génétique au moyen d’une puce 90K et le filtrage ultérieur nous ont permis d’identifier un ensemble de 20 501 marqueurs SNP. Du nombre, 9 570 ont été validés au moyen d’une capture d’exomes et superposés à la séquence de référence v1.0 du blé Chinese Spring. Des analyses phylogénétiques ont révélé quatre clades principaux, distinguant clairement les espèces sauvages du T. aestivum et du T. turgidum. Une étude d’association pangénomique comprenant huit modèles statistiques a été menée pour analyser les types d’infection produite par six isolats de rouille des feuilles ainsi que la gravité de cette maladie, à partir des données d’essais au champ menés sur 3–4 ans et dans 2–3 localités au Canada. L’annotation fonctionnelle des gènes contenant un nombre considérable de nucléotides de caractère quantitatif (QTN) a permis d’identifier 96 loci associés à la résistance à la rouille des feuilles. Au total, 21 QTN étaient regroupés dans des blocs d’haplotypes ou entre des marqueurs flanquants d’au moins 16 gènes Lr connus. Les autres QTN d’importance ont été considérés comme des loci qui représentent de présumés nouveaux gènes Lr de résistance. L’isolement de ces gènes candidats contribuera à l’élucidation de leur rôle dans la résistance à la rouille des feuilles et permettra de les mettre à utilité dans le cadre de la sélection assistée par marqueurs et de l’introgression.