Diversité, Adaptation, Déterminants et Intégration

Les objectifs de l’équipe DADI sont multiples :

   Mobiliser une diversité génétique large, naturelle ou induite, pour répondre aux enjeux de l’agroécologie

Augmenter la diversité génétique des espèces cultivées est un élément clé de l’agroécologie. Les pools génétiques nécessaires à la sélection de variétés adaptées à des conduites agro-écologiques sont disponibles dans les compartiments cultivés et sauvages et chez les espèces apparentées. Pour cela, nous cherchons à :

• avoir une connaissance approfondie de la structure de la diversité génétique, de la domestication à la diversité élite actuelle,
• caractériser le potentiel des ressources génétiques des compartiments sauvages et apparentés,
• connaître les barrières reproductives entre compartiments cultivés et sauvages et entre espèces cultivées et espèces apparentées et les moyens de les contourner,
• maitriser les méthodes permettant de générer de la diversité génétique,
• créer les outils analytiques nécessaires pour l'emploi de cette diversité (phénotypage et génotypage),
• créer du matériel de pre-breeding adapté.

Explorer les différents mécanismes de défense des plantes face aux pathogènes pour réduire l’usage des pesticides

Explorer les déterminants génétiques contrôlant les résistances quantitatives à de multiples agents pathogènes reste une priorité. Les core collections disponibles dans l'unité et leur caractérisation génomique sont des ressources pérennes et de haute valeur pour investiguer la question de la résistance des plantes. Comment les loci de résistance sont-ils répartis sur le génome et organisés à une échelle plus fine ? Existe-t-il des déterminants génétiques contrôlant plusieurs agents pathogènes ou jouant le rôle de hub fonctionnel ? C'est dans ce cadre que nous conduisons des études de GWAS pour identifier les déterminants génétiques contrôlant les résistances quantitatives. Les agresseurs considérés sont des oomycètes, des champignons nécrotrophes et biotrophes, des insectes, des nématodes, des virus, des bactéries et un phytoplasme.

Définir, caractériser et exploiter la résilience

La résilience fait partie des 10 éléments fondamentaux de l’agro-écologie. Pour réduire l’usage des pesticides, il faut sélectionner des variétés aux résistances et tolérances multiples et durables. Concernant les cultures fruitières, notre objectif est que les arbres maintiennent leur production en conditions de bas-intrants au fil des années malgré les attaques et aléas climatiques, i.e. leur ‘résilience’. Ce concept est utilisé dans de très nombreux domaines et il est toujours étroitement lié à la capacité de retour à un état initial après une perturbation.

Dans une démarche d’amélioration variétale, il s’agit de traduire cette capacité en une cible de sélection appelée idéotype, c’est-à-dire l’ensemble des caractères permettant l'adaptation à un mode et un environnement de production donnés. Les idéotypes résilients ne sont pas définis chez les fruitiers et il est nécessaire d’identifier et hiérarchiser une combinaison de caractères adaptatifs qui garantissent la rentabilité d’un verger en conditions de bas-intrants sur la durée de la plantation.

Explorer les déterminants de la qualité et bénéficier des interactions G×E×M pour accroitre l’adaptation des variétés aux stress abiotiques multiples et aléas climatiques

L’interaction génotype-environnement (G×E, au sens large, c’est-à-dire intégrant l'aspect pratique dans le E) est une des principales sources de variabilité chez les plantes. Cette interaction est le résultat de mécanismes biologiques complexes impliquant plusieurs niveaux d’organisation de la plante. Nous disséquons l'interaction G×E pour comprendre les relations entre le génotype et le phénotype, et ainsi identifier de nouvelles pistes pour la création de variétés adaptées à des conditions environnementales spécifiques.

L’objectif est donc d’identifier les déterminants de la production et de la qualité en conditions de stress et d’analyser l’impact des changements environnementaux sur ces déterminants.

• Etude de l'impact des stress thermique, hydrique et salin et d'une faible nutrition azotée chez la tomate ;
• Prise en compte des conditions environnementales dans l’analyse des essais et dans la compréhension des impacts environnementaux afin de définir des co-variables environnementales et/ou des scénarios environnementaux pour mieux capturer la part de variabilité due à l'environnement et comprendre le G×E.
• Apport de la modélisation écophysiologique, couplée à des approches phénomique et génomique, pour l’identification de nouveaux traits d’intérêts et pour prédire/simuler leur réponse à de nouvelles conditions environnementales.
• Apport de l'intégration des données multi-omiques (GWAS de traits métabolomiques et transcriptomiques) dans la modélisation de la réponse des plantes.

Exploiter l’édition des génomes pour élargir la diversité fonctionnelle d’intérêt

Chez la tomate, on s'intéresse en priorité à des gènes candidats identifiés à partir des approches de GWAS de qualité du fruit (teneurs en acides et en sucres) et des gènes candidats importants dans la réponse au stress salin et azote.

• l’accent est mis sur les développements technologiques (base- et surtout prime-editing) 
• On vise à un élargissement de l’application de l’édition des génomes à l’ensemble des espèces (et accessions) travaillées au GAFL (melon, piment, prunus). Ceci passe par la levée de verrous de la transformation pour les accessions et espèces récalcitrantes
• Enfin, nous amorçons un nouvel axe de recherche d'ingénierie des chromosomes à l'interface entre les équipes DADI et REDD sur la tomate. Il s'agit de tenter de moduler la recombinaison pour cibler la sélection de caractères de manière plus précise et de limiter les régions d'introgression d'espèces sauvages afin d'éviter des caractères négatifs collatéraux.

Développer un phénotypage haut-débit et innovant pour de nouveaux traits pour l’agroécologie

L'objectif est de développer le phénotypage haut débit dans l'unité pour (i) augmenter la précision de mesure des traits, (ii) accéder à des comportements dynamiques et à de nouveaux traits (e.g. vigueur, croissance, activité photosynthétique) et (iii) améliorer la caractérisation de l'environnement de nos essais.

Développer la modélisation phénotype-génotype, pour la prédiction du comportement de la plante

• Les variables physiologiques, accessibles en plateforme de phénotypage, associées à des modèles de développement de la plante et du fruit, sont utilisées pour prédire le fonctionnement de la plante.
• Par la suite, des modèles basés sur des processus permettent de prédire des fonctions majeures telles que la photosynthèse ou l'élaboration de la qualité du fruit.
• Combinées aux conditions environnementales, ces variables peuvent être assemblées pour prédire le rendement par des modèles de culture.
• Puis, ces modèles peuvent être utilisés en prédiction génomique dans une série de conditions environnementales, pour définir des idéotypes par scénario environnemental.

Combiner les outils pour augmenter l'efficacité du prebreeding et du transfert aux partenaires privés

Les travaux de prebreeding visent à opérationnaliser les résultats de travaux de recherche d’amont, à les compléter par des enjeux propres aux besoins des filières puis à les intégrer dans un cheminement d’impact afin qu’ils puissent être mis à disposition des utilisateurs finaux. Ils concernent la caractérisation des ressources génétiques et l’élaboration de progéniteurs, le développement de tests de sélection et/ou de marqueurs liés aux traits d’intérêt, le déploiement de méthodes de sélection multitraits et leur mise à disposition dans un format utilisable, fiable et robuste

Six briques élémentaires sont partie intégrante de la démarche de prebreeding :

• Maitrise de la diversité génétique
• Déterminisme génétique et moléculaire des traits d’intérêt
• Méthodologie de sélection
• Priorisation des traits et combinaison de traits attendus par une démarche d’idéotypage
• Prebreeding : assemblage optimisé de traits et de modalités de caractérisation pour produire des géniteurs élites.
• Continuum PreBreeding-Breeding : impact et services aux filières

Equipe DADI