Des chercheurs achèvent le séquençage des génomes des variétés Frantoio et Leccino
Après deux ans de travail minutieux, les chercheurs ont fait un pas de plus vers la compréhension des raisons pour lesquelles certaines olives résistent mieux aux effets du changement climatique.
Une équipe internationale de chercheurs a séquencé le génome complet des variétés d'oliviers Leccino et Frantoio.
La cartographie génomique de ces deux cultivars originaires d’Italie, désormais cultivés dans des dizaines de pays, permettra aux chercheurs de les comparer et ouvrira la voie à une meilleure compréhension de la génétique de l’olivier.
« À l’heure du changement climatique, mieux connaître la génomique de l’olivier, c’est mieux comprendre comment ces arbres réagissent aux facteurs de stress environnementaux majeurs et parfois nouveaux », a déclaré Luca Sebastiani.
Le séquençage nous permet de disposer d’un vocabulaire grâce auquel nous pouvons comprendre pourquoi ces deux cultivars sont différents. –
Le coordinateur de l’étude, qui est également professeur titulaire de sciences horticoles à la Scuola Superiore Sant’Anna de Pise, a déclaré à Olive Oil Times que la génomique pourrait permettre d’obtenir des oliveraies plus résilientes dans le bassin méditerranéen.
« Pour nous adapter au changement climatique, nous avons besoin de génotypes résistants, ainsi que de techniques agronomiques adaptées », a déclaré M. Sebastiani. « En cas de pénurie d’eau, l’irrigation sera nécessaire, mais il faudra aussi des variétés qui utilisent l’eau de manière efficace. Il existe également des défis liés à la hausse des températures, à la sensibilité à de nouveaux agents pathogènes et aux attaques d’insectes. »
« La cartographie génétique est l’un des outils qui peut nous permettre de trouver des solutions plus rapidement », a-t-il ajouté.
Alors que l’édition génétique de l’olivier en est encore à ses balbutiements, la comparaison des génomes des deux cultivars pourrait permettre d’obtenir des arbres plus résistants plus rapidement que les programmes de sélection traditionnels.
Génétique vs génomique
La génétique est l’étude des gènes individuels, de leur influence sur les caractères et de leur transmission héréditaire. La génomique est l’étude de l’ensemble des gènes du génome et de leurs interactions entre eux et avec l’environnement.
Les variétés Frantoio et Leccino sont toutes deux bien documentées dans la littérature scientifique, tout comme leur comportement face au stress environnemental.
« Leurs réponses au stress, tant à la sécheresse qu’à la salinité en particulier, constituent des modèles très intéressants, car le Frantoio est tolérant, tandis que le Leccino l’est moins », a déclaré Sebastiani.
« Nous travaillons depuis des années pour expliquer le mécanisme à l’origine de cette différence, mais sans données génomiques, il était toujours difficile de comprendre pleinement quels gènes pouvaient être impliqués », a-t-il ajouté.
Voir aussi : Les olives à forte teneur en phénols sont plus résistantes à l’anthracnose« Le séquençage nous permet de disposer d’un vocabulaire grâce auquel nous pouvons comprendre pourquoi ces deux cultivars sont différents », a noté M. Sebastiani.
Selon les chercheurs, la pratique courante consistant à sélectionner des variétés d’olives par le biais de la sélection traditionnelle prend beaucoup de temps et ne donne pas toujours les meilleurs résultats.
Dans leur article, les chercheurs ont noté que les résultats sont mitigés car « les informations moléculaires précises sur la localisation et la structure des gènes font largement défaut ». Il a fallu plus de deux ans aux scientifiques pour achever la cartographie.
« Nous y sommes parvenus grâce aux fonds du Plan national de relance et de résilience italien et au fait que nous formons un groupe assez important », a déclaré M. Sebastiani, précisant que ce groupe comprenait également des collègues de l’Université d’Arizona et de l’Université King Abdullah des sciences et technologies en Arabie saoudite.
Un pourcentage élevé de longues répétitions terminales a été observé dans les deux cultivars, indiquant une similitude significative de leur génome.
Les séquences d’ADN répétées ne sont pas aléatoires, car elles sont façonnées par l’évolution et peuvent jouer des rôles importants, comme contribuer à maintenir la stabilité et l’intégrité du génome.
« Nous ne savons pas encore très bien comment les différentes parties du génome interagissent », a déclaré M. Sebastiani. « Maintenant que nous disposons de ces informations pour différentes variétés, nous pouvons commencer à observer ces différences, ce qui pourrait nous aider à mieux comprendre l’espèce dans les années à venir. »
Il a comparé le défi auquel les chercheurs ont été confrontés pour cartographier les génomes des deux cultivars à la réalisation d’un puzzle dont la moitié des pièces représentent un ciel bleu clair.
« Dans un tel cas, assembler les pièces du puzzle est bien plus compliqué que dans un puzzle présentant de nombreuses variations », a-t-il déclaré. « C'est un problème avec les olives, car nous avons de nombreuses régions hautement répétitives. »
Localiser la position des gènes au sein d’un génome est essentiel pour transformer des séquences d’ADN brutes en connaissances pratiques, et cela aide les chercheurs à associer un gène à un caractère spécifique, tel que le rendement, la composition de l’huile ou la résistance aux ravageurs et aux maladies.
Ces connaissances accélèrent les programmes de sélection, remplaçant une sélection lente et aléatoire par des approches ciblées.
La localisation des gènes révèle également comment ceux-ci sont régulés et interagissent, offrant ainsi des informations sur l’adaptation et la domestication.
Dans le cas de l’olivier, des cartes précises permettent aux scientifiques de comparer les cultivars, de retracer les changements évolutifs et de concevoir des outils de précision tels que la sélection assistée par marqueurs ou l’édition génétique afin de développer des variétés plus résistantes et de haute qualité.
« Ce cartage de haute qualité ne peut être réalisé que lorsque l’on dispose de techniques permettant de séquencer de très grands fragments, ce qui facilite la tâche », a déclaré M. Sebastiani.
« Au fil des ans, les techniques ont considérablement évolué », a-t-il ajouté. « Aujourd’hui, nous disposons de PacBio, qui permet de séquencer des fragments d’ADN plus longs, ce qui était impossible auparavant. »
Dans un état de stress, tel que celui induit par la salinité du sol ou la sécheresse, seuls quelques gènes peuvent être impliqués, avec des différences observées entre les deux cultivars.
« Une petite différence dans la structure du gène, ou même dans la région promotrice qui régule l’activité du gène, peut entraîner l’inactivité totale d’un gène, ou le rendre moins actif, ou encore plus actif », a déclaré M. Sebastiani.
Il a ajouté qu’il était crucial d’identifier et de comprendre ces différences.
« Si je comprends qu’un gène impliqué dans un certain type de stress a une structure chez le Frantoio et une autre chez le Leccino, et qu’il fonctionne mieux chez le Frantoio et moins bien chez le Leccino, je peux alors également utiliser des techniques d’analyse de l’expression génique, avec le séquençage de l’ARN ou d’autres technologies, pour voir si cette variation structurelle affecte l’activité », a déclaré M. Sebastiani.
« Si je découvre que c’est le cas, nous disposons désormais de l’édition génétique », a-t-il ajouté. « Chez l’olivier, ce n’est pas encore très efficace, mais je pourrais réécrire le gène Leccino pour qu’il imite la forme du gène Frantoio, en transférant cette information afin qu’il fonctionne différemment. »
Cependant, M. Sebastiani a expliqué que la recherche sur l’édition des gènes de l’olivier en est encore à ses débuts par rapport à d’autres espèces.
« Je travaille également sur le peuplier [genre comprenant 35 espèces de saules] avec mon équipe », a déclaré Sebastiani. « Chez le peuplier, nous sommes déjà en mesure de le faire. Chez l’olivier, le problème réside encore dans les difficultés de transformation liées à ces techniques d’édition ; cela pourrait prendre des années. »
Bien que la technologie d’édition génétique ait connu des progrès rapides, M. Sebastiani a reconnu qu’il était impossible d’estimer combien de temps cela pourrait prendre.
Il s’attend néanmoins à ce que le développement rapide de la génomique et des technologies connexes ait un impact dans un délai relativement court par rapport aux approches précédentes.
« Aujourd’hui, même en utilisant des techniques traditionnelles mais avec l’aide de la biologie moléculaire, si je croise Leccino et Frantoio pour transférer la tolérance au sel, je devrais attendre que la plante pousse pour ensuite la tester. Cela prend beaucoup de temps », a-t-il déclaré.
« Si, au contraire, je recherche directement la structure du gène, je peux déjà le suivre grâce à la génomique ou à d’autres techniques », a ajouté M. Sebastiani. « Aujourd’hui, je peux même séquencer l’ensemble du génome à moindre coût, et comme je dispose déjà du génome de référence, je peux voir exactement où se trouve ce gène et dans quelle position. »
« Je pourrais prendre le Leccino, sachant que deux ou trois gènes augmentent la tolérance, et ne modifier que ceux-là », a-t-il noté. « Avec l’édition génétique, si tout fonctionnait, cela pourrait être réalisé en laboratoire en un ou deux ans. Ce serait un grand pas en avant. »
La génomique et la cartographie des gènes de l’olivier pourraient ouvrir la voie à une nouvelle approche de la culture de l’olivier.
Alors que l’oléiculture traditionnelle repose souvent sur des oliveraies centenaires, de nouvelles plantations composées de variétés d’oliviers génétiquement modifiées pourraient s’avérer cruciales pour soutenir la production dans un contexte de réchauffement et d’assèchement du climat méditerranéen.
« Ces nouvelles connaissances pourraient se traduire par des changements en matière de productivité, d’innovation et de solutions pour les producteurs », a déclaré M. Sebastiani.
L’équipe de recherche utilisera ces nouvelles informations génomiques pour mieux comprendre les différences entre les deux cultivars face au stress salin.
« Nous prévoyons également, si possible, de séquencer d’autres variétés qui nous intéressent pour leurs réponses à d’autres stress, y compris les polluants », a conclu M. Sebastiani. « Nous utiliserons sans aucun doute la génomique pour mieux comprendre ces mécanismes. »