Un seul génome de référence n'est pas suffisant pour exploiter toute la variation génétique d'une espèce, donc des pan-génomes de cultures seraient extrêmement utiles. La diversité phénotypique des plantes de Brachypodium est démontrée dans cette image, qui est associé à un communiqué de presse pour un article de Nature Communications dans lequel une équipe internationale dirigée par des chercheurs du DOE Joint Genome Institute a évalué la taille d'un pan-génome végétal à l'aide de l'herbe modèle Brachypodium distachyon . Crédit :John Vogel
Une grande partie de la recherche dans le domaine de la génomique fonctionnelle des plantes à ce jour s'est appuyée sur des approches basées sur des génomes de référence uniques. Mais en soi, un seul génome de référence ne capture pas toute la variabilité génétique d'une espèce. Un pan-génome, l'union non redondante de tous les ensembles de gènes présents chez les individus d'une espèce, est une ressource précieuse pour libérer la diversité naturelle. Cependant, les ressources informatiques nécessaires pour produire un grand nombre d'assemblages de génomes de haute qualité ont été un facteur limitant dans la création de pan-génomes végétaux.
Disposer de pangénomes végétaux pour les cultures importantes pour les applications énergétiques et alimentaires permettrait aux sélectionneurs d'exploiter la diversité naturelle pour améliorer des caractéristiques telles que le rendement, résistance aux maladies, et la tolérance aux conditions de croissance marginales. Dans un article publié le 19 décembre, 2017 en Communication Nature , une équipe internationale dirigée par des chercheurs du Joint Genome Institute (JGI) du département américain de l'Énergie (DOE), une installation utilisateur du DOE Office of Science au Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), mesuré la taille d'un pan-génome végétal en utilisant Brachypodium distachyon , une herbe sauvage largement utilisée comme modèle pour les cultures de céréales et de biomasse. En tant que l'un des génomes végétaux phares du JGI, B. distachyon fait partie des génomes végétaux de référence les plus complets.
"Il existe un grand nombre de gènes qui ne sont pas capturés dans un seul génome de référence, " a ajouté l'auteur principal de l'étude, John Vogel, chef du groupe Génomique fonctionnelle des plantes du JGI. "En effet, environ la moitié des gènes du pan-génome se trouvent dans un nombre variable de lignées." Travaillant vers l'objectif principal d'estimer avec précision la taille d'un pan-génome végétal, Vogel et ses collègues ont effectué l'assemblage de novo du génome entier et l'annotation de 54 lignées géographiquement diverses de B. distachyon , produisant un pan-génome contenant près du double du nombre de gènes trouvés dans une lignée individuelle.
"Le génome d'une espèce est un ensemble de génomes, chacun avec sa propre touche unique, " a ajouté le bioinformaticien et premier auteur de l'étude de JGI, Sean Gordon. " Sachant maintenant que se concentrer sur un seul génome de référence conduit à des estimations incomplètes et biaisées de la diversité génétique et ignore les gènes potentiellement importants pour les applications de sélection, nous devrions mieux incorporer de multiples références dans les futures études sur la diversité naturelle."
De plus, les gènes trouvés dans seulement certaines lignées ont tendance à contribuer aux processus biologiques (par exemple, résistance aux maladies, développement) qui peut être bénéfique dans certaines conditions environnementales, alors que les gènes trouvés dans chaque lignée sous-tendent généralement les processus cellulaires essentiels (par exemple, glycolyse, transport du fer).
"Cela signifie que les gènes variables sont préférentiellement retenus s'ils sont bénéfiques dans certaines conditions. Ce sont exactement les types de gènes dont les sélectionneurs ont besoin pour améliorer les cultures." dit Vogel.
En outre, les gènes trouvés dans seulement un sous-ensemble de lignées ont affiché des taux d'évolution plus rapides, se rapprocher des éléments transposables (considérés comme jouant un rôle clé dans l'évolution du pangénome), et étaient moins susceptibles d'être trouvés dans le même emplacement chromosomique que des gènes fonctionnellement équivalents dans d'autres graminées.
Les assemblages de séquences, les annotations génétiques et les informations connexes peuvent être téléchargées sur le site Web du projet BrachyPan :brachypan.jgi.doe.gov. Les Brachypodium distachyon génome est disponible sur le JGI Plant Portal Phytozome :phytozome.jgi.doe.gov.
