Amélioration des outils de sélection assistée par la génomique, gain d’utilisateurs et d’utilisations :

David Byrne, sélectionneur et généticien de roses Texas A&M AgriLife Research, est directeur d’un projet financé par une subvention qui change la donne pour la sélection de plantes polyploïdes.


Communications Sam Craft / Texas A&M AgriLife :

Grâce au développement et à l’adoption d’outils informatiques spécialisés, les dernières années ont vu des avancées majeures dans la sélection de “plantes polyploïdes” – des plantes avec plus de deux ensembles de chromosomes dans leurs cellules.

Les cultures spécialisées polyploïdes, qui comprennent les roses, de nombreux gazons et des cultures vivrières telles que les mûres, les pommes de terre et les patates douces, ont une valeur annuelle de plus de 9 milliards de dollars aux États-Unis et plusieurs fois cette valeur dans le monde.

David Byrne, un obtenteur et généticien de roses Texas A&M AgriLife Research qui est également professeur au Département des sciences horticoles, est le directeur d’un projet de quatre ans financé par une subvention visant à créer et à améliorer un logiciel d’analyse génétique polyploïde.

Byrne et son collègue Oscar Riera-Lizarazu, généticien des plantes chez AgriLife Research et professeur agrégé de sciences horticoles, ont reçu 4,3 millions de dollars de l’Institut national de l’alimentation et de l’agriculture du département américain de l’agriculture en 2020 pour développer des outils de sélection assistée par la génomique chez les polyploïdes.

Outils polyploïdes ‘Game Changer’ pour les sélectionneurs de plantes :

L’un des objectifs du projet est de développer des outils informatiques pour l’analyse quantitative des traits, la sélection génomique et l’analyse des haplotypes dans les cultures polyploïdes. Un autre objectif est de former les sélectionneurs et les généticiens à utiliser les outils dans les programmes publics de sélection pour un large éventail de cultures ornementales et vivrières.

Ce projet de subvention USDA-NIFA-Specialty Crop Research Initiative comprend des collaborateurs nationaux et internationaux du milieu universitaire de l’Arkansas, du Maine, de New York, de la Caroline du Nord, de l’Oregon, de la Pennsylvanie, du Texas, de Washington et du Wisconsin ainsi que des Pays-Bas et de la Nouvelle-Zélande.

L’équipe a organisé des conférences au cours des deux dernières années visant à présenter les outils aux nouveaux utilisateurs, à mesurer l’utilité des outils et à guider leur évolution.

“Nous avions 300 personnes en 2021 et n’en attendions qu’environ 75”, a déclaré Byrne. «Il y en avait 300 autres cette année, et d’autres sont attendus lors de futurs programmes. C’est un public assez spécialisé mais très important compte tenu de la diversité des plantes vivrières et ornementales avec lesquelles travaillent ces professionnels. Ce qui est excitant, c’est le nombre de nouveaux visages que nous voyons à chaque fois. »

Excitation, adoption parmi les participants :

Byrne a déclaré que les conférences ont attiré un large éventail d’experts de l’industrie, notamment des phytogénéticiens, des généticiens moléculaires et informatiques, des phytopathologistes et physiologistes et des entomologistes.

Environ 30 % des participants travaillent avec des plantes fruitières, 28 % avec des racines ou des tubercules, 16 % avec des graminées et les 26 % restants avec des plantes ornementales, des légumes ou des céréales.

Les plantes qui seront touchées par les progrès génétiques polyploïdes comprennent les graminées fourragères et les gazons, les fruits comme le kiwi, les fraises et les mûres, les plantes ornementales allant des chrysanthèmes aux roses et les racines et tubercules comme les pommes de terre et les patates douces.

Un élément passionnant au-delà de la diversité des domaines des participants, a déclaré Byrne, est que la plupart des participants étaient dans la vingtaine et la trentaine, avec un nombre presque égal d’hommes et de femmes. La plupart des stagiaires participaient également à des programmes publics de sélection végétale ou étaient des étudiants. Ce groupe façonnera les programmes de sélection du futur, a-t-il déclaré.

Byrne a ajouté que le projet est vraiment une entreprise internationale avec environ la moitié des participants aux conférences provenant d’organisations en dehors des États-Unis.

En 2021, 45% des participants étaient internationaux et les 55% restants venaient d’Amérique du Nord, a-t-il déclaré. Mais cette année, 55 % des participants venaient de l’extérieur de l’Amérique du Nord, l’Europe, l’Afrique et l’Amérique du Sud venant en tête.

Byrne a déclaré que les sessions en petits groupes et les commentaires ultérieurs sur les outils lors des conférences ont été inestimables pour l’évolution de la technologie. Ce développement continu est également facilité par l’invitation des utilisateurs de logiciels à participer à l’atelier annuel et à présenter leurs recherches.

“Il y a beaucoup de brainstorming et de réseautage en cours, et qui rassemblent les utilisateurs”, a déclaré Byrne. “Les interactions ont conduit à des collaborations sur des projets similaires et à l’utilisation des outils dans la recherche réelle.”

Praticité et polyvalence :

Le projet global vise à coordonner la recherche autour du développement d’outils informatiques, à augmenter la formation et à améliorer la facilité d’utilisation, a déclaré Byrne. Le site Web Polyploid Breeding Community Resource sert de référentiel pour les ensembles d’outils de calcul, les informations génomiques, les ensembles de données de formation et d’autres matériaux. Une chaîne YouTube associée contient des enregistrements de toutes les présentations de formation données lors des ateliers.

Malgré l’importance des cultures polyploïdes, les principaux obstacles à l’utilisation des outils génomiques dans le passé ont inclus une pénurie de logiciels appropriés et d’expertise technique. Avant le développement d’outils polyploïdes, les informations génomiques n’étaient facilement utilisées que pour les cultures diploïdes – des plantes avec seulement deux ensembles de chromosomes comme le maïs, le riz, le soja et les tomates.

Byrne a déclaré que ces outils informatiques permettent l’utilisation d’informations génomiques pour accélérer le taux de gain génétique dans un large éventail de programmes de sélection polyploïdes, ce qui conduira à un développement plus rapide de cultivars de meilleure qualité, plus productifs et plus résistants.

Le logiciel cartographie les gènes polyploïdes, localisant essentiellement les traits phénotypiques d’intérêt et reliant ces traits à l’ADN associé. Le logiciel fonctionne avec une gamme de cultures polyploïdes : les tétraploïdes, comme les roses, les pommes de terre et les mûres ; les hexaploïdes, comme les patates douces ; les octoploïdes, tels que les fraises ; les décaploïdes, comme la canne à sucre ; et plus.

Le logiciel fonctionne également bien avec les diploïdes, et les chercheurs le modifient pour faire face à des niveaux de ploïdie impairs tels que les triploïdes, qui incluent les bananes, le houblon et les pastèques sans pépins.

La gamme d’applications suscite de plus en plus d’intérêt, ce qui a stimulé de nouvelles collaborations et améliorations, a déclaré Byrne.

“Ces éleveurs et programmes faisaient tous des choses similaires mais séparément”, a-t-il déclaré. “Il y a un avantage à standardiser les informations et à partager des idées et des méthodes, et il y a de l’enthousiasme à résoudre les problèmes.”

Élargir la technologie, la formation, l’application :

Byrne a déclaré que le projet élargit la formation et l’accessibilité des outils et étend leur application dans le domaine de la sélection végétale. Le logiciel développé est open-source, les collaborateurs peuvent donc le bricoler et l’améliorer.

Réduire les exigences de calcul du logiciel est un défi que l’équipe espère relever, a déclaré Byrne.

Il est également prévu de rendre les outils plus visuels, permettant aux utilisateurs de voir les marqueurs dans un contexte visuel et permettant des superpositions de séquences de gènes. Par exemple, la superposition contextuelle et visualisée permettrait aux utilisateurs de voir où se trouvent les gènes sur les chromosomes et d’identifier les connexions avec les traits d’intérêt.

Byrne s’est dit satisfait des progrès de la technologie, et il est ravi que la littérature continue d’être publiée sur le logiciel et que davantage de personnes l’utilisent plus souvent – des signes clairs que l’application et l’interface utilisateur vont dans la bonne direction.

“L’enthousiasme autour des outils dépasse de loin mes attentes”, a déclaré Byrne. “C’est excitant de voir l’excitation autour de ça.”

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