Le décryptage du génome du cacaoyer :

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Le décryptage du génome du cacaoyer :

Publié le : jeudi 21 juillet 2011
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Cabosses de cacaoyer © Cirad, C.Lanaud
Le décryptage du génome du cacaoyer :
une avancée majeure pour la compréhension de la biologie et l’amélioration de
cette espèce
Un consortium international (ICGS : International Cocoa Genome Sequencing Consortium)
coordonné par une équipe du Cirad à Montpellier (France) publie ce 26 décembre un article dans
Nature Genetics
sur le séquençage et les premières analyses détaillées du génome du cacaoyer,
Theobroma cacao
, cette plante à la source du chocolat.
Ces recherches sont le fruit d’une collaboration internationale impliquant une soixantaine de
scientifiques issus de 6 pays différents :
- en France : plusieurs équipes du
Cirad
, le
CEA/GENOSCOPE
, plusieurs équipes de l’
Inra
(Clermont Ferrand, Toulouse Evry, CEA/CNG), le
CNRS
, les universités de
Perpignan
et d’
Evry
,
- aux USA : les universités de
Penn State
et d’
Arizona
ainsi que le
Cold Spring Harbor
Laboratory
,
- à Trinidad et Tobago : le CRU de l’
Université de West Indies
,
- au Brésil : le
CEPLAC
,
- en Côte d’Ivoire : le
CNRA
,
- au Venezuela : l’
IDEA
.
C’est le génome d’une variété de cacaoyer Criollo collecté au Bélize, et qui pourrait être un
descendant des premiers cacaoyers domestiqués par les Mayas il y a plus de 2000 ans qui a été
séquencé. Cette variété est à l’origine d’un chocolat de la plus haute qualité classé parmi les
chocolats fins. Les premiers résultats de ces analyses permettent une meilleure compréhension
des gènes potentiellement impliqués dans les caractéristiques aromatiques du chocolat ou dans les
mécanismes de résistance aux maladies du cacaoyer. Ils permettent aussi de retracer l’histoire
évolutive du cacaoyer.
Ces travaux vont accélérer de façon drastique la connaissance du cacaoyer et son amélioration au
bénéfice des petits producteurs des pays en voie de développement, permettant de créer plus
efficacement de nouvelles variétés productives et résistantes aux maladies, tout en gardant les
hautes qualités aromatiques de leur chocolat.
Les résultats détaillés sont publiés dans l’édition avancée en ligne de la revue
Nature Genetics
du
26 décembre 2010.
Le cacaoyer, premier arbre fruitier tropical de longue génération à avoir été séquencé
Le cacaoyer est un arbre fruitier qui revêt une importance économique particulière pour les pays
tropicaux humides où il est cultivé. Ce sont ses graines qui après fermentation, séchage et
torréfaction, sont utilisées pour fabriquer le chocolat. Souvent cultivé sous forêt et dans de petites
plantations, il permet aussi de maintenir la biodiversité et de respecter l’environnement.
Le cacaoyer est le premier arbre fruitier tropical de longue génération à avoir été séquencé. La
mise à disposition de sa séquence ouvre désormais un large champ d’études permettant de
caractériser plus rapidement les gènes responsables de sa variabilité génétique naturelle, tant sur
le plan de son adaptation aux conditions environnementales et de sa résistance aux maladies, que
sur le plan des qualités aromatiques du chocolat.
L’accès à ces gènes permettra de connaître leur fonctionnement et leur variation au sein des
ressources génétiques ou sous l’effet de facteurs environnementaux. Cela facilitera la création de
variétés productives, résistantes aux maladies et produisant un cacao de haute qualité, permettant
de développer une cacaoculture durable tout en réduisant l’utilisation de pesticides.
Le séquençage d’une variété de cacao fin, le Criollo
C’est une variété de Criollo, collectée dans de vieilles plantations du Bélize et issue de
générations successives d’autofécondations survenues naturellement au cours de sa culture qui a
été choisie pour le séquençage. Une combinaison de plusieurs techniques de séquençage, mises
en oeuvre par le Genoscope, l'université de Penn State et le Cold Spring Harbor Laboratory, a
permis au Genoscope de produire une séquence assemblée de haute qualité. Après annotation des
gènes par plusieurs équipes de l'Inra et du Cirad, l'existence de 28798 gènes codant pour des
protéines a pu être mise en évidence, et parmi eux, 2053 apparaissent uniques au cacaoyer en
comparaison avec plusieurs autres génomes de plante séquencés. 98% des gènes exprimés chez
cette plante sont présents dans la séquence assemblée.
Vers une meilleure compréhension des qualités du chocolat
Les qualités du chocolat résultent d’un processus complexe qui fait intervenir plusieurs classes de
composés biochimiques. Parmi eux, les polyphénols tiennent un rôle important, et sont décrits
aussi comme bénéfiques pour la santé humaine et la protection du système cardiovasculaire. Les
fèves de cacaoyer ont un taux de polyphénols (proanthocyanidin) élevé. 96 gènes intervenant
dans la biosynthèse de ces composés ont été identifiés dans la séquence du génome du cacaoyer,
avec une des familles de gènes, surreprésentée chez le cacaoyer par rapport aux autres espèces.
Cette famille de gènes (dihydroflavonol-4-reductase (DFR)) a un rôle clé dans la biosynthèse de
certains précurseurs de proanthocyanin qui peuvent constituer jusqu’à 8% du poids sec des fèves
de cacao, faisant de cette espèce l’une des sources les plus riches de ces phytonutriments.
L’analyse des gènes intervenant dans la biosynthèse du beurre de cacao qui constitue environ
50% du poids sec des fèves, et des terpènes, composés à l’origine de nombreuses flaveurs
aromatiques, a révélé là aussi l’extension de familles particulières de gènes
qui pourraient avoir
un rôle clé pour donner au chocolat ses propriétés technologiques et aromatiques bien connues.
C’est par exemple le cas du gène qui synthétise le linalol et qui est représenté par 7 copies dans le
génome du cacaoyer Criollo. Le linalol est un des constituants majeurs des arômes d’autres
plantes aromatiques et entre dans la composition de nombreuses huiles essentielles.
Donner au cacaoyer une résistance durable
L
es maladies fongiques ont un impact majeur sur la production du cacaoyer, et sont globalement
responsables de près de 30% de perte des récoltes. La recherche de variétés cumulant plusieurs
sources de résistance d’origine différente, et capables de donner au cacaoyer une résistance
durable aux maladies est un des premiers objectifs de sélection de tous les programmes
d’amélioration du cacaoyer. L’analyse détaillée de 2 des plus importantes familles de gènes de
résistance connues dans le monde végétal (NBS-LRR et LRR-RLK) a été réalisée à partir de cette
première séquence du génome du cacaoyer. Elle a révélé respectivement 296 et 253 gènes
appartenant à ces 2 classes de gènes. L’ensemble de ces gènes ont pu être localisés sur le génome
et comparés aux régions chromosomiques déjà identifiées comme porteuses de sources de
résistance. Des gènes « candidats », potentiellement impliqués dans les mécanismes de résistance
du cacaoyer à la maladie du balai de sorcière, ou à la pourriture brune des cabosses due au
Phytophthora
, ont d’ores et déjà été identifiés et feront prochainement l’objet d’études plus
approfondies pour valider leur implication dans ces résistances.
Une panoplie d’outils de diagnostic à la disposition du sélectionneur
Avec cette séquence de référence, il devient possible de rechercher des marqueurs génétiques
(portion de séquence d’ADN qui peut être variable selon les variétés de cacaoyer) dans chaque
région d’intérêt du génome. Il est également possible de les utiliser pour diriger et contrôler par
« sélection assistée par marqueurs » l’accumulation de régions porteuses de gènes favorables
dans de nouvelles variétés (pour accumuler plusieurs sources de gènes de résistance par
exemple). Les marqueurs ciblés dans des gènes d’intérêt peuvent devenir de bons marqueurs
« diagnostiques » pour cribler des collections de ressources génétiques porteuses de gènes
d’intérêt et utilisables dans les programmes de sélection.
Un nouveau regard sur l’évolution du cacaoyer et sa paléohistoire
L’analyse comparée du génome du cacaoyer avec ceux d’autres espèces végétales séquencées
telles que vigne, peuplier, arabette, soja et papaye, a révélé, que tout comme la vigne, le génome
du cacaoyer était très proche de celui de l’espèce ancestrale à partir de laquelle toutes les espèces
végétales de dicotyledones auraient dérivé au cours de l’évolution. Un scenario d’évolution du
cacaoyer à partir de cet ancêtre putatif a été proposé ; il met en jeu 11 fusions majeures à partir
des chromosomes ancêtres avant d’aboutir aux actuels 10 chromosomes de base du cacaoyer. Il a
été suggéré que ces fusions auraient pu se faire en partie à partir des régions télomériques situées
aux extrémités des chromosomes. De par la constitution de son génome et sa facilité de
reproduction, le cacaoyer représente un nouveau modèle simple pour étudier les processus
d’évolution, la fonction des gènes, la génétique et la biochimie des arbres fruitiers.
La large quantité d’informations générées par ce projet va peut-être profondément changer le
statut de cette plante tropicale et son intérêt potentiel pour toute la communauté scientifique.
Cette situation pourra encourager de nouveaux investissements dans les recherches sur
Theobroma cacao, la nourriture des dieux, dont la flaveur magique s’est répandue dans le monde
entier depuis les civilisations Maya et Aztèque. Son étude approfondie sera profitable aux pays en
voie de développement pour lesquels la culture des cacaoyers tient une grande importance
économique.
Contacts scientifiques
Claire Lanaud
Montpellier, France
Courriel
claire.lanaud@cirad.fr
Xavier Argout
Montpellier, France
Courriel
xavier.argout@cirad.fr
Presse
Florence Vigier
Montpellier, France
Courriel
Le site de l’Unité mixte de recherche (UMR) Dap développement et amélioration des plantes
http://umr-dap.cirad.fr/
En Savoir plus :
Genome Browser - Theobroma cacao
:
http://cocoagendb.cirad.fr/gbrowse/cgi-
bin/gbrowse/theobroma/
CocoaGen DB :
http://cocoagendb.cirad.fr/
A venir
Le lien
sur article dans Nature Genetics
Institutions qui ont financé le projet :
-
Cirad
-
Agropolis Fondation
-
ANR
-
Région Languedoc Roussillon
-
CEA
-
ministère du pouvoir populaire pour la Science, la Technologie et les Industries
intermédiaires du Vénézuéla
-
les
chocolatiers
Valrhona
en France et
HERSHEY’S
aux Etats-Unis.
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