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Le génome du chêne lève un voile sur la longévité des arbres

Mis à jour le 15/05/2019
Publié le 15/05/2019

les deux facettes qui expliquent sa longévité 

Un consortium national mené par l’Inra et le CEA a séquencé le génome du chêne pédonculé. Leurs travaux, publiés dans la revue Nature Plants le 18 juin 2018, révèlent deux facettes de la longévité de cette espèce emblématique. La première concerne la mise en place d’un arsenal de gènes de résistance particulièrement riche et diversifié, permettant aux arbres de faire face tout au long de leur vie à leurs grands prédateurs (champignons pathogènes, oomycètes, insectes, bactéries et virus). La seconde révèle la présence de mutations somatiques qui peuvent être transmises à la génération suivante, un résultat qui soulève des questions sur l’importance évolutive de ce moteur de diversité.

Un consortium national mené par l’Inra et le CEA a séquencé le génome du chêne pédonculé. Leurs travaux, publiés dans la revue Nature Plants le 18 juin 2018, révèlent deux facettes de la longévité de cette espèce emblématique. La première concerne la mise en place d’un arsenal de gènes de résistance particulièrement riche et diversifié, permettant aux arbres de faire face tout au long de leur vie à leurs grands prédateurs (champignons pathogènes, oomycètes, insectes, bactéries et virus). La seconde révèle la présence de mutations somatiques qui peuvent être transmises à la génération suivante, un résultat qui soulève des questions sur l’importance évolutive de ce moteur de diversité.. © Inra, Christophe Plomion (Inra)
Un consortium national mené par l’Inra et le CEA a séquencé le génome du chêne pédonculé. Leurs travaux, publiés dans la revue Nature Plants le 18 juin 2018, révèlent deux facettes de la longévité de cette espèce emblématique. La première concerne la mise en place d’un arsenal de gènes de résistance particulièrement riche et diversifié, permettant aux arbres de faire face tout au long de leur vie à leurs grands prédateurs (champignons pathogènes, oomycètes, insectes, bactéries et virus). La seconde révèle la présence de mutations somatiques qui peuvent être transmises à la génération suivante, un résultat qui soulève des questions sur l’importance évolutive de ce moteur de diversité. © Inra, Christophe Plomion (Inra)

  • Contexte et enjeux

Arbre emblématique, le chêne pédonculé (Quercus robur) représente la section botanique la plus importante du genre Quercus (regroupant l’ensemble des chênes blancs). Grâce à un consortium piloté par l’UMR BIOGECO, en partenariat avec le Centre National de Séquençage du CEA (Génoscope), le génome du chêne pédonculé a été séquencé, assemblé puis annoté. Cinq années de recherche ont été nécessaires pour décrypter les 750 millions de nucléotides constituants les 12 chromosomes de cette espèce. Cette première mondiale touche un arbre symbole pour de nombreux pays d’Europe. Mais au-delà de son rôle culturel, le chêne est au cœur d’une filière économique dynamique. La France est en effet le premier pays producteur de bois de chêne en Europe. L’arbre possède également un rôle environnemental majeur. Avec une longévité et une adaptation remarquable aux différents environnements, le chêne est aussi un support essentiel à la biodiversité. Il constitue l’habitat de centaines d’espèces et permet la protection des sols. Le séquençage du génome du chêne pédonculé facilitera l’identification des gènes impliqués dans l’adaptation de ces espèces à leurs environnements et permettra d’aborder d’un point de vue génétique les relations symbiotiques entre les racines des chênes et les champignons. Elles conduiront également à l’identification des gènes responsables de la biosynthèse des extractibles du bois, tels que les tannins et whisky lactone, qui confèrent leur saveur et leur goût aux vins et alcools. Actuellement, cette ressource génomique permet aux chercheurs d’analyser plus finement les bases génétiques de l’adaptation locale des chênes blancs européens à leur environnement ainsi que de mieux comprendre les processus liés à l’apparition de nouvelles espèces. Les chercheurs caractérisent pour cela la diversité génétique de populations présentent sur des gradients environnementaux (altitude, latitude). Ils remontent aussi dans le temps grâce à la possibilité d’extraire l’ADN de bois ancien datant de plus de 9 000 ans. Ces informations permettront d’expliquer comment ces arbres se sont adaptés au cours de l’Holocène pour coloniser des milieux très diversifiés. Elles jettent aussi les bases d’une meilleure compréhension des capacités d’adaptation face aux changements climatiques en cours. Ce résultat scientifique majeur constitue un pas essentiel vers une connaissance plus approfondie de la richesse génétique des chênes et de leurs interactions avec des écosystèmes en évolution dans le contexte du changement climatique.

  • Résultats

Le séquençage du génome du chêne a révèlé deux facettes de la longévité de cette espèce emblématique. La première concerne la mise en place d’un arsenal de gènes de résistance particulièrement riche et diversifié, permettant aux arbres de faire face tout au long de leur vie à leurs grands prédateurs (champignons pathogènes, oomycètes, insectes, bactéries et virus). La seconde révèle la présence de mutations somatiques qui peuvent être transmises à la génération suivante, un résultat qui soulève des questions sur l’importance évolutive de ce moteur de diversité.

  • Perspectives

Cette ressource génomique est utilisée dans plusieurs programmes de recherche au niveau national (ANR H2oak, ANR epitree, ERC Treepeace, France génomique OAKADAP, Idex bordeaux METAB-OAK) et international, en lien avec des écophysiologistes, pathologistes, généticiens des populations, archéologue et bioinformaticiens. 1/ Elle permet de poser des hypothèses sur les gènes sous-jacents aux QTL dans de nombreuses études menées sur l’architecture génétique des interactions biotiques, de la phénologie du débourrement, de la biosynthèse de métabolites secondaires notamment en lien avec les interactions biotiques, de l’efficience d’utilisation de l’eau, de la réponse à l’hypoxie racinaire et à la sécheresse,… ; 2/ Elle est un support indispensable aux scans génomiques visant à identifier les gènes sous-jacents à la diversité biologiques façonnée par la spéciation et l’adaptation locale. Ces études sont menées via des approches synchroniques (séquençage d’espèces et de populations contemporaines) et allochroniques (séquençage d’ADN ancien), cette dernière permettant d’accéder à la dynamique microévolutive à l’œuvre au sein du complexe d’espèces des chênes blancs européens ; 3/ Elle permet d’analyser en détail les processus démographiques qui ont façonné la diversité que nous observons en milieu naturel ; 4/ Elle est utilisée pour caractériser la contribution de la diversité génétique et épigénétique dans l’adaptation des populations à l’environnement ; 5/ Elle constitue le point d’ancrage à un vaste projet de reséquençage de centaines de génotypes pour aborder des questions aussi variées que la relation génotype-phénotype, la place de l’introgression dans l’adaptation, la vitesse d’évolution au cours de l’holocène, l’étendue des mutations germinales et somatiques, le maintien d’un fardeau génétique,…

  • Valorisation

Un article scientifique (cf ref ci-dessous), communiqué de presse Inra, article dans des journaux grand public (science et vie), site web dédié http://www.oakgenome.fr/

Lire le communiqué de Presse INRA : http://presse.inra.fr/Communiques-de-presse/Le-genome-du-chene-sequence

  • Références bibliographiques

Plomion C, Aury JM, Amselem J, Leroy T, Murat F, Duplessis S, Faye S, Francillonne N, Labadie K, Le Provost G, Lesur I, Bartholomé B, Faivre-Rampant P, Kohler A, Leplé JC, Chantret N, Chen J, Diévart A, Alaeitabar T, Barbe V, Belser C, Bergès H, Bodénès C, Bogeat-Triboulot MB, Bouffaud ML, Brachi B, Chancerel E, Cohen D, Couloux A, Da Silva C, Dossat C, Ehrenmann F, Gaspin C, Grima-Pettenati J, Guichoux E, Hecker A, Herrmann S, Hugueney P, Hummel I, Klopp C, Lalanne C, Lascoux M, Lasserre E, Lemainque A, Desprez-Loustau ML, Luyten I, Madoui MA, Mangenot S, Marchal C, Maumus F, Mercier J, Michotey C, Panaud O, Picault N, Rouhier N, Rué O, Rustenholz C, Salin F, Soler M, Tarkka M, Velt A, Zanne A, Martin F, Wincker P, Quesneville H, Kremer A, Salse J. Oak genome reveals facets of long lifespan. Nature Plants 4: 440-452 https://doi.org/10.1038/s41477-018-0172-3
Cet article a fait l’objet d’un “Research Highlight » de la revue Nature https://www.nature.com/articles/d41586-018-05474-6; http://www.natureasia.com/en/research/highlight/12559

  • Contact

Christophe Plomion, UMR BIOGECO, Département EFPA, Centre Nouvelle-Aquitaine