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p. 1Colloque « L'avenir des filières semences de légumineuses »

11/02/2020 / GNIS-INRAE

Colloque « L'avenir des filières semences de légumineuses »

PIA BreedWheat : Développer de nouvelles variétés de blé pour une agriculture durable: une approche intégrée de la génomique à la sélection

Jacques Le Gouis, INRAE, Université Clermont-Auvergne


11/02/2020 / GNIS-INRAE

Contexte• Production de l’ordre de 37Mt sur 5.3Mha

• Environ 50% exportés (importance % protéines)

• Utilisation principalement après transformation (panification)

• Blé d’hiver – Lignées pures

• Rendements élevés et stables en France reposant sur forte intensification

• En moyenne : 6.3 traitements, 162 kg N / ha

• Agriculture Biologique (2%) en augmentation

• Stagnation des rendements depuis la fin des années 1990

• Attribuée pour une large part au changement climatique (Brisson et al 2010):

• Progrès génétique semble maintenu (0.5-0.6 q/ha/an)

• Sécheresse durant la montaison – fortes températures durant le remplissage du grain

• Mais aussi à la baisse des précédents légumineuses BléMaïs


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Angers-Nantes

Bordeaux

Rhône-Alpes-

Auvergne

Toulouse

PACA

Versailles-Grignon

Le partenariat BreedWheat

1 institut techniqueARVALIS – Institut du végétal

1 pôle de compétitivité Végépolys Valley

1 société de gestion de projet et de

transfert de technologiesINRAE Transfert

15 laboratoires de recherche publique

Centre INRAE Rhône-Alpes-Auvergne

UMR GDEC (INRAE-Univ. Clermont-Auvergne)UMR GAEL (INRAE-UPMF)

Centre INRAE Angers-Nantes

UPR BIA (INRAE)

Centre INRAE Versailles-Grignon

US EPGV (INRAE)URGI (INRAE)UMR BIOGER-CPP (INRAE-AgroParisTech)UMR ECOSYS (INRAE-AgroParisTech)UMR Agronomie (INRAE-AgroParisTech)

UMR GQE (INRAE-Univ.Paris Sud-CNRS-AgroParisTech)UMR SADAPT (INRAE-AgroParisTech)

Centre INRAE Bordeaux

UMR BFP (INRAE-Univ. Bordeaux I&II)

Centre INRAE Toulouse

UPR CNRGV (INRA)

Centre INRAE PACA

UMR EMMAH (INRAE-Université d’Avignon)

Le LIMOS (Université Clermont-Auvergne)

GEVES (Groupe d’Etude et de contrôle des Variétés Et des Semences)

10 sociétés privéesAgri-ObtentionsBASF BiogemmaCaussade SemencesFlorimond Desprez

Limagrain EuropeKWS MomontRAGT 2nSECOBRA RecherchesSyngenta


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Objectifs

Combiner les nouvelles méthodes de génotypage et de phénotypage pour:

• (1) identifier les bases génétiques et écophysiologiques de caractères clés pour l’amélioration du blé,

• (2) accroitre et faciliter l’utilisation des ressources génétiques, et

• (3) développer et appliquer de nouvelles méthodes de sélection

afin de sélectionner des variétés de blé améliorées qui correspondent aux besoins des sélectionneurs, des producteurs et des consommateurs pour maintenir une production compétitive et durable


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Structure du projet

WP1: Séquençage et

développement de

marqueurs moléculaires

WP2: Génétique et

écophysiologie de l’adaptation

aux contraintes biotiques et

abiotiques majeures

WP5: Outils bioinformatiques pour l’intégration des données

WP6: Dissémination, transfert et formation

WP3: Caractérisation et

exploitation de la diversité

génétique naturelle

WP4 : Définition, implémentation

et évaluation de nouvelles

stratégies de sélection

WP

7: G

est

ion

du

pro

jet


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Développement d’outils moléculaires

• Participation au consortium de séquençage du génome (IWGSC, 2018)

• Puce de génotypage (AffymetrixAxiom)

• Permet de caractériser la séquence de l’ADN à différents endroits du génome (GWAS, AB-QTL)

• Permet d’analyser la variabilité génétique et comparer des variétés entre elles

E. Paux et al., Rimbert et al. 2018

Une puce de génotypage de 423 000 marqueurs

Analyse de la variabilité génétique mondiale


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Caractérisation des ressources élites

BWP2 panel élite (220)


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F. Balfourier et al., CRB INRAE Clermont-Ferrand

Caractérisation des ressources génétiques

France32%

Europe31%North-

America15%

Asia12%

South America+ Africa+Oceania9%

unknown1%

~12000 blés tendres

France15%

Europe36%

North-America

12%

Asia22%

South America+ Africa+Oceania

15%

4600 blés tendresBWP3 panel de

diversité (450)

En cours de

caractérisation

(FSOV ExIGE,

FSOV Débat)

Sélection pour

adaptation

« agronomique »


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Diversité et exploitation des landraces

Balfourier et al, 2019

• Analyse de la diversité de 632 landraces

• 2 pôles de diversification (axe 1 ACoP) : Europe et Asie

• À partir du Croissant Fertile

• Analyse de la diversité de 4403 accessions

• Faible utilisation de la diversité asiatique en Chine

• Très faible utilisation en Europe

• Réserve de diversité à introduire dans les programmes de sélection

Europe

Chine

≤1960 >1960

Pool Europe de l’Est et Méditerranée

Pool asiatique

Pool Europe de l’Ouest


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Adaptation aux contraintes biotiques et abiotiques

• Contrainte thermique

• Contrainte hydrique

• Contrainte azotée / soufrée

• Contraintes biotiques (fusariose, septorios

• Analyse de l’impact:• Sur le rendement• Sur la concentration et la

composition en protéines

Time after anthesis

Contrainte soufrée

Bonnot et al. 2017Girousse et al. 2019

Contrainte thermique


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Caractérisation fine des environnements

Panel élite testé dans 25 environnements (niveaux eau et azote contrastés)

Re

nd

em

en

t e

n g

rain

(t/

ha

)

Envirotypage à l’aide d’un

modèle de culture

Permet de définir pour chaque

environnement la période et

l’intensité du stress

Phéno3C

Touzy et al. 2019; Mini et al. (in prep)


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Classification des environnements

Moyenne sur les 20 dernières années

12%

21%

12%

45%

Rendem

ent

en g

rain

(t/h

a)

-3%

-12%

-31%

Touzy et al. 2019

Indic

e d

e s

tress h

ydrique

Floraison

Cycle de développement

4 principaux scenarios de stress hydrique


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Variabilité génétique

Classification des variétés par scénario de stress hydrique

Estimation du progrès génétique par scénario de stress hydrique

Ren

dem

ent

en g

rain

(q

/ha)

Touzy et al. 2019


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Génétique d’association

AX-89482931

AX-89473971

AX-89337772

AX-89595632

AX-89360412

AX-89554422

AX-89565906

AX-89469466

AX-89662354

AX-89386238

AX-89668688

AX-89556370

AX-89543392

AX-89572970

AX-89334068

AX-89400884

AX-89681698

AX-89707026

AX-89704241

AX-89726483

AX-89468413

AX-89325565

AX-89356814

AX-89768031

AX-89398002

AX-89319676

AX-89655950

AX-89423607

AX-89714959

AX-89352414

AX-89468163

AX-89771107

AX-89748863

AX-89564243

AX-89470619

AX-89324350

AX-89389958

AX-89452527

AX-89523323

AX-89587452

AX-89622863

AX-89522294

AX-89772809

AX-89450676

AX-89618755

AX-89750913

AX-89508695

AX-89365926

AX-86184674

AX-89510895

AX-89535619

AX-89409385

AX-89777880

-6 -4 -2 0 2 4 6

Value

03

6

Color Key

and Histogram

Co

un

t

Effet de l’allèle minoritaire (q/ha)

Effet positive

QTL x E

Effet négatif

QTL sur le chromosome2B explique 15% de la variance phénotypique en HWD et 10%

en OPT

QTL sur le chromosome5D explique 10% de la variance phénotypique en LWD

Touzy et al. 2019


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Conclusions

Avancées importantes dans la connaissance

• De la diversité génétique

• De la construction du phénotype en réponse aux facteurs environnementaux (biotiques et abiotiques)

Transfert vers l’application

• Matériels génétiques caractérisés (panels et populations)

• Matrice de génotypage

• Jeu de données phénotypiques

• Régions associées et marqueurs moléculaires liés

• Chaine de prédiction génomique


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Perspectives

• Maintenir la cohésion des communautés

• Exploiter les résultats en sélection

• Des actions complémentaires • Trois projets FSOV complètent la caractérisation du panel de diversité

• DéBAT : pan-transcriptome• ExIGE : analyse des interactions G x E• QualiBlés : valeur nutritionelles

• D’autres projets utilisent les données de génotypage / phénotypage• H2020 SolACE, FSOV HeatWheat, FSOV ArchiRac…

• Des pistes de recherche• Élargir les cibles (virus, insectes, adventices, microbiome…)• Travailler sur la recombinaison, la biologie florale…


11/02/2020 / GNIS-INRAE

Remerciements

• Ensemble des partenaires et collègues impliqués

• INRAE Transfert pour l’accompagnement

• ANR (ANR-10-BTBR-03), FranceAgrimer et FSOV pour les financements

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