Projet H2020 EUCLEG : Amélioration des légumineuses fourragères et à grains pour accroître l'autosuffisance protéique dans l'UE et en Chine
- Taper Projet
- État Rempli
- Exécution 2017 -2021
- Budget alloué 5.000.000,00 €
- Portée Europeo
- Principale source de financement H2020
- Site Web du projet Proyecto EUCLEG
Une quantité impressionnante de données sur le génotype et le phénotype a été collectée à partir de centaines d’accessions de légumineuses dans le cadre du projet EUCLEG financé par l’UE. La description de la diversité génétique, les marqueurs associés à la variation des traits et les équations de prédiction génomique sont des résultats qui ouvrent de nouvelles opportunités pour faire progresser l’amélioration génétique des légumineuses.
Des formations en statistiques et en sélection moléculaire ont été proposées, au sein et en dehors d'EUCLEG, pour partager ces résultats prometteurs, en plus des publications et des actes de conférence. Les sélectionneurs d’instituts publics ou d’entreprises privées peuvent désormais utiliser ces connaissances pour optimiser la diversité génétique et mettre en œuvre la sélection assistée par marqueurs. Tous ces progrès, à leur tour, conduiront à des stratégies d’amélioration génétique plus rapide de nouvelles variétés qui contribueront à stimuler l’utilisation des légumineuses dans l’élevage et l’agriculture en Europe et en Chine, et à réduire la dépendance aux protéines, contribuant ainsi aux objectifs généraux du projet.
Les données de génotype ont été générées :
- Luzerne - Europe : 1061 accessions ont été génotypées par GBS. Fréquences des allèles pour 228 000 SNP avec moins de 5 % de données manquantes et 118 000 SNP sans données manquantes. Chine : 220 individus ont été génotypés à l'aide du séquençage du génome entier (560 000 SNP).
- Trèfle rouge : 641 accessions ont été génotypées par GBS. Données de fréquence des allèles pour les marqueurs SNP 65K.
- Fève : 400 accessions ont été génotypées avec une matrice Axiom de 50 000 fèves Haba. Données de génotype pour 35 000 marqueurs.
- Pois : 260 accessions ont été génotypées à l'aide de la matrice GenoPea 13K. Données de génotype pour 12 000 marqueurs.
- Soja : 479 accessions européennes et 326 chinoises ont été génotypées avec la matrice 355K SoySNP. Des inventaires des ressources phytogénétiques pour les cinq espèces cibles en Europe et en Chine ont été compilés et les écarts entre le système EURISCO et les bases de données centrales européennes sur les cultures ont été réduits.
Des rapports ont été préparés pour décrire les défis et les risques liés à l’échange de ressources phytogénétiques, au système chinois de protection des variétés végétales et à sa pertinence pour les obtenteurs européens. Trente-quatre expériences sur le terrain ont été menées en Europe et en Chine avec des centaines d’accessions, et les caractéristiques liées au rendement, à la qualité et à la résistance au stress ont été mesurées. De plus, des expériences ont été menées dans des conditions contrôlées pour évaluer les caractéristiques liées au stress biotique et abiotique et à la vigueur des plantules.
Une infrastructure centrale pour la gestion des données du projet a été établie dans le système Progeno, où les partenaires ont importé des données de génotype et de phénotype. Une énorme diversité phénotypique et génétique a été révélée parmi les cinq espèces. Étant donné que de nombreux marqueurs ont été utilisés, la structure génétique a été ajoutée aux connaissances actuelles. Par exemple, dans le cas de la luzerne, la diversité en Chine et dans l’UE-Amérique est très différente, et parmi la diversité de l’UE-Amérique, il existe une gamme de diversité liée en partie à l’origine géographique des variétés.
Chez le soja, une analyse de la diversité génétique à l'échelle du génome a révélé de multiples signatures de sélection dans une collection européenne de soja par rapport aux collections chinoises d'accessions de soja sauvages et cultivées. Les interactions génotype x environnement étaient généralement importantes, mais des accessions à haut rendement et/ou des accessions portant des traits positifs ont été identifiées. Une GWAS a été réalisée et a révélé des listes de QTL pour presque tous les traits des cinq espèces. Une analyse de l’annotation du génome dans les régions QTL a fourni des listes de gènes candidats potentiels dont la diversité de séquence peut expliquer la variation phénotypique.
Les routines nécessaires à la mise en œuvre de la prédiction génomique ont été développées et les membres de l’EUCLEG ont été formés. Les prédictions génomiques étaient plus précises que dans la plupart des études publiées précédemment, probablement en raison de l’utilisation d’un grand nombre d’accessions et de nombreux marqueurs. La prédiction génomique standard était souvent supérieure à 0,5, tandis que l’ajout de QTL dans les équations de prédiction génomique augmentait le pouvoir prédictif à 0,8. Dans le cadre du Work Package 6 (WP6), un site Web collaboratif a été créé pour partager les résultats du projet, et des newsletters ont été produites et distribuées. Les résultats ont été présentés lors de diverses conférences scientifiques et plusieurs articles ont été publiés dans des revues à comité de lecture ; d'autres sont en préparation.
EUCLEG visait à fournir des outils et des connaissances pour améliorer le progrès génétique de cinq grandes espèces de légumineuses : deux légumineuses fourragères, la luzerne et le trèfle rouge, et trois légumineuses à grains, le pois, le haricot et le soja. Cela impliquait du génotypage, du phénotypage et des travaux statistiques. Au WP1, nous avons développé des outils moléculaires et génomiques. Pour les deux cultures fourragères non consanguines, nous avons utilisé le génotypage par séquençage (GBS) pour obtenir les fréquences des marqueurs des individus regroupés de chaque accession (pool-GBS). Pour les trois légumineuses à grains autogames, nous avons utilisé la technologie des réseaux SNP pour génotyper les accessions. Dans le WP2, nous avons structuré et amélioré l’accès aux données des collections de ressources phytogénétiques européennes et chinoises. Nous identifions les lacunes (données de passeport et données phénotypiques) dans les systèmes d’information existants et encourageons les propriétaires de collections à les combler. Nous avons créé une infrastructure efficace pour la gestion centralisée des données collectées au cours du projet (la base de données Progeno).
Enfin, les défis et les risques juridiques associés au partage des ressources phytogénétiques et de leurs données, ainsi que les questions de propriété intellectuelle, ont été examinés. Dans le Work Package 3 (WP3), la structure génétique des collections de matériel génétique a été décrite à l'aide de traits phénotypiques et de marqueurs moléculaires. Des essais ont été mis en place dans un réseau de contextes dans l’UE et en Chine. Les caractères phénotypiques pertinents ont été évalués : germination, établissement des cultures, réponse au stress biotique et abiotique, rendement du fourrage et des graines, et qualité du fourrage et des grains. Une description du matériel génétique chinois et européen, un aperçu de l’interaction génotype x environnement ont été fournis et un matériel génétique prometteur a été identifié. La structure génétique du matériel génétique a été décrite à l'aide de données génotypiques obtenues dans le cadre du lot de travail 1. Dans le lot de travail 4, des gènes, des allèles et des marqueurs moléculaires ont été identifiés, expliquant une grande partie de la variation phénotypique disponible pour les caractères impliqués dans le rendement et la stabilité des cultures, y compris la résistance aux stress biotiques et abiotiques.
La base de données du Work Package 2, qui contient des données sur le génotype et le phénotype, a été utilisée pour les analyses d'association à l'échelle du génome (GWAS). Le WP5 a fourni aux sélectionneurs des connaissances et des outils pour mettre en œuvre la sélection génomique, une forme de sélection assistée par marqueurs qui, dans de nombreux cas, est plus efficace que la sélection phénotypique. Un outil intuitif a été développé pour la gestion des données et le calcul des valeurs d'élevage (BV) et des valeurs d'élevage génomique (GV). Les effets de plusieurs déterminants sur la précision de l’équation de prédiction VGE ont été évalués et des solutions d’amélioration, y compris la sélection génomique, ont été proposées. Le WP6 a diffusé les résultats du projet à la communauté scientifique et transféré les innovations aux parties prenantes.
EUCLEG vise à réduire la dépendance de l'Europe et de la Chine aux importations de protéines en développant des stratégies de sélection efficaces pour les cultures de légumineuses d'importance économique significative pour l'alimentation humaine et animale. L’objectif est d’améliorer la diversification, la productivité des cultures, la stabilité du rendement et la qualité des protéines des légumineuses fourragères (luzerne et trèfle rouge) et des légumineuses à grains (pois, fèves et soja).
En utilisant des ressources génétiques diverses et étendues et en tirant parti d'outils moléculaires avancés, EUCLEG vise à identifier et à développer les meilleures ressources génétiques, méthodes de phénotypage et outils moléculaires pour sélectionner des variétés de légumineuses aux performances améliorées sous des stress biotiques et abiotiques dans des zones agro-écologiques représentatives d'Europe et de Chine. Le potentiel de nouvelles utilisations des espèces fourragères pour l’alimentation humaine sera exploré.
Des bases de données consultables seront développées ou construites pour héberger des données de passeport, agronomiques et génétiques afin de faciliter l’échange et l’utilisation des ressources génétiques. L’évaluation des ressources génétiques dans le cadre d’essais multi-sites permettra l’expansion du matériel de sélection et l’expansion de l’adaptation agroécologique. L'architecture génétique des traits génétiques clés sera analysée au moyen d'études d'association pour identifier les marqueurs moléculaires liés aux traits phénotypiques.
Enfin, les stratégies de sélection génomique seront évaluées pour leur potentiel à améliorer le progrès génétique. Les sélectionneurs disposeront d’outils pratiques de génotypage, de gestion des données et de calcul pour mettre en œuvre la sélection assistée par marqueurs et la sélection génomique conduisant à la création de nouvelles variétés à long terme. L'association formée sous l'égide d'EUCLEG, qui regroupe des instituts publics et des entreprises privées d'Europe et de Chine, assure le transfert des connaissances de la recherche vers l'industrie des semences.
Un projet financé par l’UE aide l’Europe et la Chine à accroître leur niveau d’autonomie protéique. Les légumineuses constituent une part importante de la production alimentaire et fourragère et ont un effet positif sur l’environnement. Riches en protéines, ils contribuent à l’apport d’azote dans les systèmes de culture, réduisant ainsi potentiellement le besoin d’engrais azotés synthétiques. Ils proposent également une alternative végétale nutritive à la viande, un marché en pleine croissance, où de nombreuses personnes recherchent de nouvelles façons d'exploiter le potentiel de la production de protéines végétales. Il existe donc de nombreuses raisons de cultiver davantage de légumineuses. Cependant, en Europe et en Chine, régions où les conditions agroécologiques sont propices à la culture de protéines végétales, il existe une carence, car les deux continents dépendent fortement des importations de protéines et de l’utilisation intensive d’engrais azotés synthétiques. Le projet EUCLEG (Breeding of Grain and Forage Legumes to Increase Protein Self-Sufficiency in the EU and China), financé par l’UE, contribue à réduire cette dépendance. « Nous travaillons sur les légumineuses, avec pour objectif final d'améliorer les variétés », explique Bernadette Julier, coordinatrice du projet et directrice de recherche à l'INRAE, l'Institut national de recherche pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement. Cela impliquait du génotypage, du phénotypage et des travaux statistiques.
Améliorer le progrès génétique EUCLEG s'est concentré sur les cinq espèces de légumineuses les plus cultivées en Europe : deux légumineuses fourragères, la luzerne et le trèfle rouge, et trois légumineuses à grains, le pois, la fève et le soja. Notre objectif était d'aider les obtenteurs à créer des variétés mieux adaptées et plus productives. Ces variétés de légumineuses seront cultivées dans des zones géographiques où les légumineuses sont déjà cultivées et offriront des rendements, une qualité et une stabilité supérieurs aux variétés actuelles, ou contribueront à étendre les surfaces cultivées dans des régions où la culture des légumineuses est rare », explique Julier. Des rendements plus élevés et des surfaces cultivées plus vastes favoriseront la production de protéines locales ; de nouvelles variétés seront plus facilement introduites dans les rotations culturales à des fins de diversification.
Les travaux du projet ont abouti à la publication ou à l’adoption d’outils de génotypage génomique pour cinq principales espèces de légumineuses. Nous avons également acquis de nouvelles connaissances sur la diversité génétique disponible pour la sélection végétale au sein de chaque espèce. Le grand nombre de marqueurs obtenus dans une large gamme d'accessions a clairement renouvelé les connaissances sur la luzerne et le soja. « De nouvelles sources de variation phénotypique ont également été identifiées », ajoute Julier. Grâce au génotypage génomique, le projet a pu identifier des marqueurs moléculaires associés à la variation des caractères. Ces marqueurs pourraient être utilisés dans les programmes d'amélioration génétique pour accélérer le progrès génétique. « De plus, le pouvoir prédictif de caractères clés a été calculé, et les résultats suggèrent que la sélection génomique devrait également accélérer le progrès génétique dans la sélection des légumineuses, comme elle l'a fait pour d'autres espèces végétales et animales importantes », conclut Julier.
Augmenter l’ambition Plusieurs sélectionneurs de légumineuses, publics et privés, ont contribué à la collecte et à l’analyse des données. « Cette collaboration facilite le transfert des connaissances de la recherche vers l’industrie », note Julier. Au cours du projet, des sessions de formation pour les éleveurs ont également été organisées. « Ils ont perçu le potentiel de la sélection moléculaire chez les légumineuses. À long terme, j'espère que la sélection des légumineuses utilisera des outils moléculaires pour accélérer le progrès génétique et créer des variétés adaptées à différentes contraintes et utilisations », ajoute-t-il. Quant aux prochaines étapes, le projet vise à démontrer les progrès qui peuvent être réalisés avec la sélection moléculaire par rapport à la sélection phénotypique. « Parallèlement, il est crucial de réduire les coûts de génotypage en adaptant les méthodes et le nombre de marqueurs nécessaires dans un programme de sélection. Enfin, les programmes de sélection doivent s'adapter pour introduire la sélection moléculaire dans le processus de création variétale, tout en mettant à jour les équations de prédiction et les marqueurs pour refléter la diversité génétique étudiée", conclut Julier.
Sur la base des résultats du projet, les sélectionneurs de légumineuses d'instituts publics ou d'entreprises privées peuvent modifier leurs schémas de sélection pour optimiser l'utilisation de la diversité génétique et mettre en œuvre une sélection assistée par marqueurs.
Le progrès génétique sera stimulé dans les années à venir par la création de nouvelles variétés, améliorées pour s’adapter aux usages alimentaires et fourragers, ainsi qu’aux contraintes régionales. En attendant, les producteurs peuvent compter sur les variétés existantes qui ont démontré un rendement et une qualité élevés, ainsi qu’une stabilité de rendement dans des conditions éprouvées. Cette utilisation généralisée des variétés de légumineuses dans les systèmes agricoles devrait garantir un budget agricole équilibré.
Cela aura également un impact significatif sur l’autonomie protéique de l’UE pour l’alimentation animale et humaine, augmentera les services écosystémiques liés à la diversification des cultures et contribuera à l’approvisionnement en azote dans les systèmes agricoles.
- INSTITUT NATIONAL DE RECHERCHE POUR L'AGRICULTURE, L'ALIMENTATION ET L'ENVIRONNEMENT (INRAE)
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