De nouveaux outils génomiques pour trois variétés modernes de coton pourraient guider les futurs efforts de sélection

Nous vivons dans un monde en constante évolution et en croissance. Les changements climatiques, l’émergence de ravageurs et d’autres facteurs de stress environnementaux exercent une pression sur les cultures commerciales qui nourrissent et alimentent le monde. Alors que nous nous efforçons de répondre à la demande croissante de cultures vivrières et fibreuses durables et de haute qualité, la génomique apparaît comme un outil puissant dans la lutte. En comprenant les codes génétiques des plantes, les chercheurs et les sélectionneurs peuvent développer des cultures offrant des rendements accrus, une résistance améliorée aux ravageurs et aux maladies et une plus grande adaptabilité aux défis environnementaux.

La sélection basée sur le génome profite principalement aux cultures dotées de ressources génomiques existantes de haute qualité, comme le riz et le blé. Cependant, les cultures dotées de ressources génomiques moins matures doivent continuer à s’appuyer sur des méthodes de sélection traditionnelles, qui souffrent parfois d’un manque de diversité génomique au sein des populations reproductrices.

Le coton, une culture de rente vitale dans le monde, manque de ressources génomiques robustes. L’industrie cotonnière est une grande entreprise, avec un impact économique mondial de 600 milliards de dollars et fournissant des emplois à plus de 250 millions de personnes. Une production de coton réussie repose sur des variétés de coton présentant des caractéristiques souhaitables telles qu'un rendement élevé, une bonne qualité de fibre, une résistance aux ravageurs et aux maladies et une tolérance à la sécheresse.

“Les sélectionneurs de coton ont amélioré le rendement et la qualité des fibres au fil des années grâce à des méthodes de sélection traditionnelles”, explique Jeremy Schmutz, codirecteur du HudsonAlpha Genome Sequencing Center, qui travaille sur la génomique du coton depuis plus d'une décennie. “Il pourrait être difficile pour eux d'obtenir des améliorations supplémentaires en raison du manque de variation génétique dans le coton domestiqué moderne. La création de nouveaux outils génomiques pour l'industrie contribuera à faire passer les améliorations du coton à un niveau supérieur.”

Les scientifiques du Centre de séquençage du génome (GSC) de l'Institut HudsonAlpha de biotechnologie et d'autres collaborateurs ont entrepris de créer des séquences génomiques de haute qualité pour trois variétés importantes de coton, fournissant ainsi les ressources génomiques nécessaires aux sélectionneurs de coton. Les résultats ont été récemment publiés dans Plantes naturelles.

“La recherche sur le coton s'est fortement appuyée sur un génome de référence, 'TM1', une variété de coton qui n'est plus largement utilisée dans les programmes de sélection”, explique Avinash Sreedasyam, Ph.D., premier auteur du manuscrit. « Pour que la sélection moléculaire profite à l'industrie cotonnière, de nombreux génomes variés doivent exister pour représenter la diversité des variétés de coton. Cette étude a généré des génomes de référence de haute qualité pour trois cultivars modernes de coton upland et a mis à jour la génétique du coton « TM-1 ». référence standard.”

L'analyse initiale des nouveaux génomes de référence a produit des informations importantes sur la qualité des fibres. Les assemblages génomiques très précis et complets ont été utilisés pour identifier le matériel génétique du coton Pima (connu pour la qualité supérieure de ses fibres) au sein des variétés de coton modernes. De petits segments de chaque génome ont été comparés à la fois au génome Pima et au génome du coton de référence.

Les segments qui correspondaient plus étroitement à Pima qu'au coton de référence ont été classés comme introgressions potentielles, ce qui suggère que l'ADN de Pima avait été incorporé dans la constitution génétique du coton moderne. La connaissance de ces introgressions Pima aidera les éleveurs à sélectionner efficacement la descendance avec ces marqueurs génétiques liés à la qualité des fibres dans leurs programmes de sélection.

“L'exploitation d'un séquençage passe-bas relativement peu coûteux parallèlement à ces génomes permet aux sélectionneurs de sélectionner rapidement leur descendance”, explique Sreedasyam. “Cela permettra non seulement de gagner du temps, mais également de réduire les coûts associés au phénotypage traditionnel des fibres, un processus laborieux nécessitant généralement des centaines, voire des milliers d'échantillons par cycle de sélection.”

Ces résultats soulignent l’importance de l’utilisation d’assemblages génomiques détaillés pour découvrir des variations génétiques susceptibles d’améliorer les programmes de sélection du coton. Plus ces nouveaux génomes de haute qualité seront utilisés pour des études comparatives, plus d’informations sur les caractéristiques économiquement importantes du coton émergeront. Les ressources génomiques décrites dans cette étude représentent un ajout précieux à la boîte à outils de sélection du coton et en tireront des bénéfices dans les années à venir.

Les collaborateurs de ce projet comprennent Don C. Jones, Cotton Incorporated, Caroline du Nord ; Peng W. Chee, Université de Géorgie, Tifton, Géorgie ; Warwick N. Stiller, CSIRO, Cotton Research Unit, Australie ; et Fred Bourland, Université de l'Arkansas, Keiser, AR.