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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
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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…
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Remerciements
• Ensemble des partenaires et collègues impliqués
• INRAE Transfert pour l’accompagnement
• ANR (ANR-10-BTBR-03), FranceAgrimer et FSOV pour les financements