La nourriture réconfortante que nous connaissons et aimons aujourd'hui car la pomme de terre a été domestiquée entre 8, 000 et 10, il y a 000 ans à partir d'une espèce sauvage originaire de la cordillère des Andes au sud du Pérou. Au XVIe siècle, On pense que les conquistadors espagnols ont transporté le légume rugueux ressemblant à une racine à travers l'Atlantique.

Maintenant, une équipe de chercheurs a cartographié cette lignée afin d'apprendre comment la pomme de terre a été domestiquée et comment son ADN a évolué au fil du temps.

"Nous avons séquencé les génomes, ou le code génétique, d'un spectre de pommes de terre originaires d'Amérique du Sud-Pérou, Bolivie, et l'Equateur, " a déclaré Richard Veilleux, chef du département d'horticulture du Virginia Tech College of Agriculture and Life Sciences et professeur Julian et Margaret Gary. "Vous voyez un arc-en-ciel de pommes de terre sur le continent. Comment elles se sont déplacées et ont été domestiquées a été débattue pendant de nombreuses années."

Veilleux et son étudiant diplômé, Parker Laimbeer, un doctorant en horticulture de Rappahannock, Virginie, en partenariat avec des collègues de la Michigan State University, dont C. Robin Buell, professeur de biologie végétale, et Michael Hardigan, un ancien assistant de recherche diplômé et maintenant chercheur postdoctoral à l'Université de Californie Davis, pour mener un projet de génome végétal en réponse à une opportunité de financement de la National Science Foundation. Leurs travaux ont récemment été publiés dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .

« Les résultats améliorent notre compréhension de la façon dont la pomme de terre a été domestiquée et des gènes importants. Nous avons également identifié des gènes potentiels à améliorer à l'avenir et montré comment le séquençage du génome à haut débit fournit de nouveaux outils, " dit Veilleux.

Pour en savoir plus sur cette culture, le troisième plus important cultivé pour la consommation humaine directe, l'équipe a examiné des espèces sauvages et cultivées, y compris les pommes de terre trouvées sur les marchés sud-américains, variétés domestiques nord-américaines, et les courses terrestres, qui sont des pommes de terre cultivées analogues aux races anciennes.

Puis, en utilisant des approches génomiques modernes, les chercheurs ont cherché à mieux comprendre la diversité génomique, révéler des événements historiques d'hybridation, et d'identifier les gènes ciblés pendant la domestication qui contrôlent la variance des caractères agricoles - qui sont tous vitaux pour la sécurité alimentaire.

"Ce qui rend les pommes de terre compliquées, c'est qu'elles ne se reproduisent pas correctement, " dit Veilleux. " Si vous plantez des graines, vous obtenez moins que ce avec quoi vous avez commencé."

Un autre changement qui a accompagné la domestication de la pomme de terre est la fertilité réduite du pollen. Alors que les espèces sauvages doivent être fertiles pour disperser les graines, les espèces cultivées poussent à partir de tubercules. Cette inutilité a atrophié la fertilité de l'espèce, et l'effet a pu être observé au niveau génomique.

Le Russet Burbank, un mutant de la pomme de terre Burbank, a été publié en 1902. À ce jour, cette variété reste la plus populaire aux États-Unis, soulignant un manque de progrès de longue date dans la sélection de la pomme de terre.

Encore, les efforts pour mieux comprendre la constitution génétique de la pomme de terre ont été semés d'embûches, l'habitude de la culture de conserver quatre copies de chaque gène n'est pas la moindre.

Veilleux et Laimbeer ont étudié la variation du nombre de copies, c'est-à-dire plusieurs copies de gènes au sein d'un même organisme. Grâce au processus d'élevage, plusieurs copies d'une séquence d'ADN sont dupliquées ou supprimées non seulement dans les pommes de terre, mais dans toutes les espèces végétales et animales. Quand un organisme naît, les changements résultant de la méiose produisent différentes copies de différentes parties du génome. Ce processus imparfait permet des mutations et un ADN supplémentaire. Des copies supplémentaires d'ADN peuvent être bénéfiques dans certains cas, conduisant à une variation génétique accrue, et préjudiciable à d'autres, menant à la maladie.

« En raison de la complexité génétique de la pomme de terre, nous n'aurions pas pu mener cette recherche sans avoir accès à un génome de pomme de terre séquencé, " a déclaré Laimbeer. "Le génome séquencé nous permet de comparer toutes les autres pommes de terre à ce plan."

Comme ça arrive, Veilleux et Buell faisaient partie du Potato Genome Sequencing Consortium de près de 100 scientifiques qui ont séquencé le premier génome de la pomme de terre au monde. Séquençage du génome de la pomme de terre, publié en 2011, reposait sur la disponibilité d'une pomme de terre "double monoploïde", appelé DM, développé au laboratoire de Veilleux. La relative simplicité génétique du tubercule par rapport aux pommes de terre commerciales a facilité le séquençage à l'aide de la technologie de séquençage de nouvelle génération disponible. La séquence DM continue de servir de génome de référence pour la pomme de terre.

"Nous avons aligné les génomes de chaque pomme de terre que nous avons étudiée sur la pomme de terre DM, " dit Laimbeer. " Maintenant, nous pouvons voir l'image sur la boîte lors de l'assemblage de chaque puzzle du génome de la pomme de terre. Ca a du sens."

Les contributions de l'équipe de recherche à une meilleure compréhension du modèle génétique du tubercule peuvent aider les producteurs à faire la transition vers un programme de sélection réussi qui produira des variétés souhaitables. L'industrie des croustilles, par exemple, est très sélectif quant aux types de pommes de terre qu'il utilise. Les spécimens de collation ultimes nécessitent une teneur en amidon parfaite pour produire la bonne couleur et la bonne texture lorsqu'ils sont frits. Les pommes de terre doivent également avoir la bonne forme, avec des yeux peu profonds pour passer à travers les broyeurs.

Merci à Veilleux et Laimbeer, il sera bientôt plus facile d'obtenir la chips de pomme de terre parfaite ou d'accéder à des caractéristiques souhaitables telles qu'une résistance accrue aux maladies chez les espèces sauvages ou primitives. Populations naturelles existantes, ils croient, représentent une source essentielle de potentiel adaptatif inexploité.

Regardez Russet Burbank, il pourrait bientôt y avoir de nouvelles variétés en compétition pour la pomme de terre de qualité supérieure.