Projet H2020 ExpoSEED : Explorer le contrôle moléculaire des performances des semences dans les cultures.
- Taper Projet
- État Rempli
- Exécution 2016 -2019
- Budget alloué 486.000,00 €
- Portée Europeo
- Principale source de financement H2020
- Site Web du projet Proyecto ExpoSEED
ExpoSEED cherche à intégrer des approches génétiques directes et inverses pour analyser les mécanismes moléculaires contrôlant le rendement des graines/grains (ci-après « graines ») dans les espèces modèles et transférer les connaissances acquises à des cultures sélectionnées, telles que les légumineuses et les céréales. L’identification des « pôles moléculaires » qui déterminent le nombre et la taille des graines permettra de jeter les bases du développement d’outils de sélection qui améliorent la production de graines aux premiers stades du marché. Les recherches sur les espèces modèles nous ont récemment permis d’identifier les facteurs de transcription clés qui régulent la reproduction des plantes, ainsi que d’explorer la conservation des mécanismes moléculaires qui contrôlent en fin de compte la forme physique des plantes chez des espèces éloignées.
Le prochain défi consiste à analyser plus en détail les réseaux moléculaires contrôlés par ces facteurs clés pour finalement manipuler les traits agronomiques. Les partenaires d’ExpoSEED identifieront les cibles clés des facteurs de transcription dans des espèces modèles telles qu’Arabidopsis et le riz, et transféreront ces connaissances à des cultures telles que le soja, le blé et l’orge. Les gènes cibles candidats seront davantage caractérisés à l’aide d’outils génétiques et de biologie cellulaire, ainsi que d’une recherche de nouveaux allèles dans un large panel de matériel génétique sauvage et cultivé. Dans le cadre d’une approche parallèle, des collections de matériel génétique et des populations ségréguées seront utilisées pour des études de cartographie afin d’identifier de nouveaux facteurs contrôlant le rendement en graines des légumineuses et des céréales.
ExpoSEED cherche à créer des synergies pour répondre efficacement aux enjeux scientifiques et sociaux. D’un point de vue scientifique, il s’agit d’un moment opportun : diverses séquences complètes de génomes de cultures et de nouveaux outils de génétique et de biologie cellulaire soutiendront les approches de biologie comparative poursuivies dans ce projet. Face au problème social, la sécurité alimentaire est une priorité mondiale : dans un contexte de croissance démographique et de réduction des terres arables, l’augmentation de la production alimentaire est l’un des défis de ce siècle.
ExpoSEED se compose de six lots de travail : les lots de travail 2, 3, 4 et 5 se concentrent sur les aspects scientifiques. Le Work Package 1 est entièrement dédié à la coordination et à la gestion de l'Action, tandis que le Work Package 6 développe des activités de formation et de diffusion. Toutes les activités scientifiques convergent vers le lot de travail 4, comme représenté dans les images ci-jointes. Le lot de travail 2 a exploité une approche de génétique inverse (du gène candidat au phénotype) pour identifier les facteurs clés contrôlant le rendement, en termes de nombre et de taille des graines, dans des espèces modèles telles qu'Arabidopsis et le riz.
Les informations obtenues sur les espèces modèles ont été testées et transférées à des céréales telles que le blé et l’orge, ainsi qu’à d’autres espèces éloignées appartenant aux familles du pavot, de la tomate et du café. Au cours du projet, les partenaires ont identifié des facteurs clés qui agissent comme des régulateurs principaux dans le contrôle de la ramification, des carpelles et de la différenciation des graines. La caractérisation fonctionnelle (Work Package 4) d'un sous-ensemble de facteurs sélectionnés a conduit à une description plus détaillée des voies moléculaires contrôlant des stades de développement spécifiques avec des effets déterminants sur les performances. Il est intéressant de noter que de fortes interconnexions avec le métabolisme de l’auxine et de la cytokinine ont été décrites.
Certaines des informations obtenues sur les espèces modèles, ainsi que l’identification de nouvelles voies qui contrôlent la formation des grains, ont été transférées aux espèces cultivées pour identifier les gènes clés qui peuvent être manipulés pour augmenter le rendement dans un avenir proche. Le WP3 est fortement interconnecté avec le WP2 et repose sur l’observation selon laquelle la variabilité génétique peut être exploitée pour rechercher de nouveaux allèles fonctionnels dans des gènes candidats sélectionnés. Cette approche a été exploitée principalement dans les céréales, le blé et l’orge, conduisant à l’identification de nouveaux allèles prometteurs. Le WP5 utilise une approche complémentaire, appelée génétique directe (du phénotype aux gènes causaux), qui devrait conduire à l'identification de nouveaux facteurs à caractériser au sein du WP4. Cette stratégie n’est mise en œuvre que dans des cultures telles que le blé et l’orge et repose sur l’observation de phénotypes spécifiques. Une fois qu'un phénotype, par exemple un phénotype à haut rendement, est détecté dans des collections ou des populations de matériel génétique, une analyse statistique est effectuée pour identifier le locus génétique corrélé à ce phénotype. Des collections d’orge, de blé dur et de blé tendre ont été analysées dans différentes conditions de croissance pour identifier les génotypes spécifiquement adaptés à l’environnement sélectionné.
Des analyses QTL ou GWAS ont été réalisées pour identifier la combinaison de loci génétiques qui confère un meilleur rendement à la plante (de nouveaux loci influençant le rendement et la teneur en gluten ont été identifiés). Enfin, le Work Package 4 a compilé les informations des autres Work Packages, y compris les gènes candidats prometteurs (Work Package 2), les allèles (Work Package 3) et les loci génétiques (Work Package 5) pour poursuivre la caractérisation fonctionnelle. Pour ce faire, les partenaires ont utilisé diverses techniques (études détaillées de profilage d’expression, expériences d’interaction protéine-protéine et protéine-ADN, développement de lignées mutantes et analyse microscopique) pour décrire la fonction précise des gènes sélectionnés. Ensemble, les lots de travail ExpoSEED et la collaboration entre les partenaires ont élargi notre compréhension des mécanismes qui contrôlent différents aspects de la détermination du rendement chez les espèces modèles et cultivées. Les transferts temporaires de personnel ont ajouté de la valeur à l’initiative, permettant l’élargissement des connaissances et des techniques utilisées dans chaque laboratoire pour atteindre des objectifs spécifiques.
ExpoSEED représente un consortium international intersectoriel composé de neuf partenaires mondiaux : le Mexique, l'Argentine, la Colombie, l'Italie, l'Espagne, les Pays-Bas, l'Allemagne, le Japon et l'Australie. Ces partenaires partagent un intérêt scientifique pour aborder la sécurité alimentaire sur une base scientifique ; Dans le cadre de l'Action, des activités de recherche, des détachements de personnel et des événements de diffusion sont prévus. ExpoSEED cherche à intégrer des approches génétiques directes et inverses pour analyser les mécanismes moléculaires qui contrôlent le rendement des espèces modèles et transférer les connaissances acquises à des céréales sélectionnées telles que le blé et l'orge. De plus, la conservation évolutive des mécanismes moléculaires qui contrôlent les organes reproducteurs est étudiée dans une perspective évo-dévo.
L’identification des « centres moléculaires » qui déterminent le nombre et la taille des graines pose les bases du développement d’outils de sélection qui améliorent la production de graines au début de la commercialisation. Les recherches sur les espèces modèles ont récemment permis d’identifier les facteurs clés régulant la reproduction des plantes, ainsi que d’explorer la conservation des mécanismes moléculaires qui contrôlent en fin de compte la fitness des plantes chez des espèces éloignées. Le prochain défi consiste désormais à analyser plus en détail les réseaux moléculaires contrôlés par ces facteurs clés afin de manipuler en fin de compte les traits agronomiques. Les partenaires d’ExpoSEED ont identifié certains des facteurs clés qui contrôlent les performances. Les gènes candidats ont été caractérisés plus en détail à l’aide d’outils génétiques et de biologie cellulaire, ainsi que par la recherche de nouveaux allèles dans un large panel de matériel génétique sauvage et cultivé. Dans le cadre d’une approche parallèle, des collections de matériel génétique et des populations ségréguées ont été utilisées pour des études de cartographie qui ont identifié de nouveaux facteurs contrôlant la performance des semences de céréales. ExpoSEED a créé des synergies pour répondre efficacement aux enjeux scientifiques et sociétaux.
D’un point de vue scientifique, il s’agit d’un moment opportun : de nombreuses séquences complètes de génomes de cultures et de nouveaux outils de génétique et de biologie cellulaire ont soutenu les approches de biologie comparative de ce projet. Face au problème social, la sécurité alimentaire est une priorité mondiale : dans un contexte de croissance démographique et de réduction des terres arables, l’augmentation de la production alimentaire est l’un des défis de ce siècle.
ExpoSEED vise à intégrer des approches génétiques directes et inverses pour analyser les mécanismes moléculaires contrôlant le rendement des graines/grains (ci-après dénommés graines) dans les espèces modèles et à transférer les connaissances acquises à des cultures sélectionnées telles que les légumineuses et les céréales. L’identification des « pôles moléculaires » qui déterminent le nombre et la taille des graines jettera les bases du développement d’outils de sélection pour améliorer la production de graines au début du marché des graines.
Les recherches sur les espèces modèles nous ont récemment permis d’identifier les facteurs de transcription clés qui régulent la reproduction des plantes, tout en explorant la conservation des mécanismes moléculaires qui contrôlent en fin de compte la forme physique des plantes chez des espèces éloignées. Le prochain défi consiste désormais à décortiquer davantage les réseaux moléculaires contrôlés par ces facteurs clés pour finalement manipuler les traits agronomiques. Les partenaires d’ExpoSEED identifieront les cibles clés des facteurs de transcription dans des espèces modèles telles qu’Arabidopsis et le riz et transféreront ces connaissances à des cultures telles que le soja, le blé et l’orge. Les gènes cibles candidats seront davantage caractérisés à l’aide d’outils génétiques et de biologie cellulaire ainsi que par la recherche de nouveaux allèles dans un large panel de matériel génétique sauvage et cultivé. Parallèlement, des collections de matériel génétique et des populations ségrégantes seront utilisées pour des études de cartographie visant à identifier de nouveaux facteurs contrôlant le rendement en graines des légumineuses et des céréales.
ExpoSEED vise à créer des synergies pour répondre efficacement aux enjeux scientifiques et sociétaux. D’un point de vue scientifique, le moment est venu : une série de séquences complètes du génome des cultures et de nouveaux outils de génétique et de biologie cellulaire viendront soutenir les approches de biologie comparative envisagées dans ce projet. Considérant l’enjeu social, la sécurité alimentaire est une priorité mondiale : dans un contexte de croissance démographique et de diminution des terres arables, l’augmentation de la production alimentaire est l’un des défis de ce siècle.
Une initiative internationale financée par l’UE a étudié comment les études sur le contrôle moléculaire du développement et de la maturation des graines chez l’espèce modèle Arabidopsis thaliana peuvent être appliquées aux céréales et à d’autres cultures. La sécurité alimentaire est une priorité mondiale. Face à la croissance démographique et à la réduction des terres arables disponibles en raison du changement climatique, l’augmentation de la production alimentaire est l’un des plus grands défis auxquels l’humanité est confrontée au cours de ce siècle. Le projet ExpoSEED, financé par l’UE, a relevé ce défi en appliquant différentes approches novatrices aux modèles et aux espèces cultivées pour comprendre comment augmenter le rendement des espèces cultivées. « Nous avons identifié des facteurs clés qui contrôlent la formation des inflorescences et le développement des graines chez des espèces éloignées pour contribuer à la sécurité nutritionnelle », explique Raffaella Battaglia, coordinatrice du projet.
Le projet représentait un consortium international et intersectoriel composé de neuf partenaires d’Allemagne, d’Espagne, d’Italie, des Pays-Bas, d’Argentine, d’Australie, de Colombie, du Japon et du Mexique. Il s'agissait de scientifiques du monde universitaire et d'entreprises semencières, travaillant en collaboration avec différentes espèces végétales. « Il s'agissait notamment d'espèces modèles (A. thaliana), de céréales telles que le riz, l'orge, le blé tendre et le blé dur, ainsi que d'espèces appartenant aux familles du pavot, de la tomate et du café », explique Battaglia. Collaboration révolutionnaire : ExpoSEED a mis à profit cette expertise complémentaire pour transférer les connaissances de différentes espèces et accélérer la découverte de la fonction des gènes. « Cet aspect du projet était crucial », commente Battaglia. « Cela accélérera la découverte de la fonction des gènes dans les espèces où la redondance génétique et le manque d'outils moléculaires rendent difficile l'identification réussie des gènes qui peuvent être manipulés pour améliorer le rendement des cultures. »
Un résultat important obtenu par ExpoSEED a été une compréhension plus complète du contrôle moléculaire de la formation des fruits et des graines, grâce à la collaboration des partenaires. « L’identification des pôles moléculaires qui relient différentes voies était très importante, car elle est essentielle pour comprendre ce qui peut être manipulé pour améliorer les performances et limiter les déséquilibres entre ses composants », note Battaglia. L’étude d’A. thaliana a fourni des informations détaillées sur les réseaux moléculaires qui contrôlent la formation des carpelles, la détermination des ovules, la taille des fruits et la production de graines. « Il est intéressant de noter que nous avons pu clarifier l’interaction entre les gènes clés qui contrôlent la différenciation des carpelles et le métabolisme hormonal », note Battaglia. De plus, les partenaires du projet ont appliqué une perspective évolutive, conduisant à une compréhension détaillée des réseaux moléculaires qui régissent la formation des fleurs chez les espèces appartenant aux familles du pavot, de la tomate et du café. Avantages multiples En plus de publier ses résultats dans d’importantes revues scientifiques à comité de lecture, ExpoSEED a également facilité une collaboration fructueuse entre la science et l’industrie. « C'était passionnant de créer un réseau permettant de discuter et d'évaluer les connaissances acquises sur une espèce modèle comme A. thaliana dans les cultures. Le défi actuel en phytologie est d'approfondir les détails de la fonction génétique afin de surmonter les éventuels obstacles qui pourraient entraver l'amélioration des rendements », observe Battaglia.
Le projet, une initiative du Marie Sködodowska-Curie Research and Innovation Staff Exchange (MSCA-RISE), a offert aux chercheurs expérimentés et juniors l'opportunité de travailler dans des laboratoires de classe mondiale, d'élargir leurs compétences et de transférer leurs connaissances acquises dans leurs institutions d'origine, tout en stimulant leur développement professionnel. ExpoSEED bénéficiera également à la communauté de recherche au sens large en générant des connaissances scientifiques et de nouvelles hypothèses actuellement à l’étude. « À long terme, les connaissances générées par ExpoSEED représentent un pas en avant vers la sécurité alimentaire », conclut Battaglia.
Les principales avancées au-delà de l’état de l’art sont : les connaissances scientifiques produites par les partenaires, et le développement de nouveaux pipelines d’analyse des données génotypiques à la recherche de nouveaux allèles et marqueurs moléculaires à exploiter comme outils de pré-sélection. Au cours de la période considérée, la coopération entre les partenaires a produit des informations plus détaillées (c'est-à-dire l'identification des gènes et la description du réseau) qui permettent d'identifier les facteurs critiques contrôlant la ramification chez le riz, la différenciation des carpelles et la formation des ovules chez Arabidopsis, l'interaction hormonale chez Arabidopsis et le blé, et le métabolisme du sucre chez l'orge et le blé.
Élargir la vision au-delà des résultats scientifiques ; Le mot clé de l’Action est la sécurité alimentaire. Les résultats obtenus apportent de nouvelles informations à exploiter pour parvenir à terme à la sécurité alimentaire. De nouvelles données ont été produites pour la recherche fondamentale et les outils de pré-sélection.
- CONSIGLIO PER LA RICERCA IN AGRICOLTURA E L'ANALISI DELL'ECONOMIA AGRARIA (CREA)
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