L’analyse pondérée de réseaux de co-expression génique révèle des réseaux de gènes associés à la résistance à la fusariose de l’épi chez le blé tétraploïde
Citation
Sari, E., Cabral, A.L., Polley, B., Tan, Y., Hsueh, E., Konkin, D.J., Knox, R.E., Ruan, Y., Fobert, P.R. (2019). Weighted gene co-expression network analysis unveils gene networks associated with the Fusarium head blight resistance in tetraploid wheat. BMC Genomics, [online] 20(1), http://dx.doi.org/10.1186/s12864-019-6161-8
Résumé en langage clair
La fusariose de l’épi est une maladie qui touche le blé dur et qui cause une perte de rendement et de qualité des grains. La perte de rendement et la qualité inférieure des grains attribuables à la maladie signifient que les producteurs recevront moins d’argent pour leurs grains et qu’il y aura moins de grains de grande valeur sur les marchés de qualité supérieure. Or, il est possible d’aider les agriculteurs à lutter contre la maladie en conférant aux cultivars recherchés une résistance à la maladie. Pour ce faire, il faut comprendre la modulation génétique en cause. Dans cette étude, nous avons analysé les gènes qui étaient actifs chez les plantes atteintes de la fusariose de l’épi en recourant à des techniques modernes de génotypage à haut débit et à des techniques informatiques afin d’identifier des gènes de résistance candidats. Cette information nous permettra de concevoir des marqueurs associés à ces gènes, qui aideront les sélectionneurs à mettre au point des cultivars résistants.
Résumé
© 2019, la Couronne. Contexte : La résistance à la fusariose de l’épi est rarement signalée dans le pool génique utilisé pour la sélection du blé dur. La lignée Blackbird du blé Triticum turgidum ssp. carthlicum est un parent tétraploïde du blé dur qui offre une résistance partielle à la fusariose de l’épi. Dans une étude antérieure, des locus de caractères quantitatifs (QTL) associés à une résistance à la maladie ont été identifiés dans une population de blé dur cv. Strongfield × Blackbird, sur les chromosomes 1A, 2A, 2B, 3A, 6A, 6B et 7B. L’objectif de cette étude était d’identifier les mécanismes de défense sous-jacents à la résistance observée chez le cultivar Blackbird et de trouver des gènes de défense régulateurs candidats ainsi que des marqueurs de polymorphismes mononucléotidiques (SNP) dans ces gènes pour permettre la cartographie à haute résolution des QTL de résistance observés chez la population de blé dur cv. Strongfield/Blackbird. Résultats : L’analyse des réseaux géniques a permis d’identifier cinq réseaux associés de façon statistiquement significative (P < 0,05) à la résistance à la propagation de la fusariose (résistance à la fusariose de type II), dont l’un était statistiquement corrélé avec la hauteur de la plante et avec des caractères de maturité relative. Deux réseaux géniques présentaient des différences subtiles entre les plantes auxquelles on avait inoculé Fusarium graminearum et les plantes auxquelles on avait inoculé un témoin, ce qui corrobore le rôle que jouent ces réseaux dans les mécanismes de défense constitutive des plantes. Les gènes régulateurs candidats ont été impliqués dans différents mécanismes de défense des plantes, notamment la reconnaissance des agents pathogènes (principalement des protéines dotées de domaines de liaison à des nucléotides et de répétitions riches en leucine); des voies de signalisation, notamment celles de l’acide abscissique et des protéines kinases activées par des mitogènes (MAP); et l’activation de gènes de défense en aval, notamment des facteurs de transcription (dont la plupart jouent un rôle à la fois dans la défense et le développement des plantes) et des gènes régulant la mort cellulaire et renforçant la paroi cellulaire. L’expression de cinq gènes candidats mesurée par PCR quantitative en temps réel était corrélée avec l’expression mesurée par séquençage de l’ARN, ce qui corrobore l’exactitude technique et analytique du séquençage de l’ARN. Conclusions : L’analyse des réseaux géniques a permis d’identifier des gènes régulateurs candidats et des gènes associés à la résistance constitutive qui ne seraient pas détectés par une analyse classique d’expression différentielle. Cette étude met également en lumière l’association entre les caractères liés au développement et la résistance à la fusariose de l’épi, et elle explique en partie la co-localisation des QTL de résistance à la fusariose avec les QTL liés à la hauteur et à la maturité des plantes dont ont fait état diverses études antérieures. L’étude met également en lumière des gènes centraux candidats dans l’intervalle de trois QTL de résistance à la fusariose précédemment signalés pour la population Strongfield/Blackbird, ainsi que les SNP connexes, ce qui rendra possible de futures études de cartographie à haute résolution.