La recherche pourrait sauver des années de sélection pour de nouveaux hybrides de Miscanthus – Technoguide

Alors que le changement climatique devient de plus en plus difficile à ignorer, les scientifiques s’efforcent de diversifier et d’améliorer les alternatives aux énergies fossiles. Les cultures bioénergétiques renouvelables, telles que l’herbe vivace Miscanthus, sont prometteuses pour la production d’éthanol cellulosique et d’autres utilisations, mais les hybrides actuels sont limités par les conditions environnementales et la sensibilité aux ravageurs et aux maladies.

Les sélectionneurs travaillent au développement de nouveaux hybrides de Miscanthus depuis des années, mais la stérilité de la culture clonale, le génome complexe et la longue durée de maturité rendent la sélection conventionnelle difficile. Dans une nouvelle étude, des chercheurs de l’Université de l’Illinois exploitent le vaste potentiel génomique de la culture dans le but d’accélérer le processus de sélection et de maximiser ses caractères les plus souhaitables.

“La méthode que nous utilisons, la sélection génomique, peut réduire d’au moins la moitié du temps nécessaire pour produire un nouvel hybride”, déclare Marcus Olatoye, auteur principal de l’étude et chercheur postdoctoral au Département des sciences des cultures de l’Illinois. “C’est l’objectif global.”

Dans l’élevage conventionnel, une approche typique consiste pour les chercheurs à cultiver des individus à partir d’un ensemble diversifié de populations et à sélectionner ceux qui présentent les meilleurs caractères pour l’accouplement. Mais, pour Miscanthus, ces traits n’apparaissent pas avant que les plantes aient 2-3 ans. Même après l’accouplement des plantes de cette première génération, il faut encore 2-3 ans à la progéniture pour révéler si les caractéristiques souhaitées ont été fidèlement transmises.

Dans la sélection génomique, les scientifiques prélèvent des échantillons génétiques à partir de graines ou de semis d’une population cible. C’est le groupe de plantes qu’il faudrait normalement cultiver jusqu’à maturité avant que des croisements expérimentaux ne soient effectués. Pendant ce temps, les chercheurs compilent des données génétiques et phénotypiques de populations apparentées, appelées ensembles de référence ou de formation, dans un modèle statistique. Le croisement des données génétiques de la population cible avec les données du modèle permet aux chercheurs de prédire le résultat phénotypique de croisements hypothétiques au sein de la population cible.

Cela permet aux éleveurs d’aller droit au but, ne recherchant que les croisements les plus prometteurs avec d’autres tests sur le terrain.

«Idéalement, ce processus pourrait permettre aux sélectionneurs de faire des sélections en fonction des valeurs phénotypiques prédites avant même que les plantes ne soient plantées», explique Alex Lipka, professeur agrégé de biométrie au Département des sciences des cultures et co-auteur de l’étude. “Plus précisément, nous voulons faire des sélections pour optimiser la résistance à l’hiver, la biomasse, la tolérance aux maladies et la période de floraison du Miscanthus, qui limitent toutes les performances de la culture dans diverses régions d’Amérique du Nord.”

Bien que ce ne soit pas un processus simple dans le meilleur des cas, la sélection génomique chez Miscanthus est des ordres de grandeur plus difficile que dans d’autres cultures. L’hybride d’intérêt, Miscanthus × giganteus, est le produit de deux espèces distinctes, Miscanthus sinensis et Miscanthus sacchariflorus, dont chacune a un nombre différent de chromosomes et contient beaucoup de variations au sein et entre les populations naturelles.

“Pour autant que nous le sachions, personne n’a essayé de former des modèles de sélection génomique à partir de deux espèces distinctes auparavant. Nous avons décidé de devenir complètement fous ici”, dit Lipka. “Malheureusement, nous avons constaté que les deux espèces parentes ne font pas un très bon travail de prédiction des caractéristiques des biocarburants chez Miscanthus × giganteus.”

Le problème était double. Premièrement, le modèle statistique a simplement révélé une trop grande variation génétique parmi les sous-populations parentales pour capturer l’impact des gènes contrôlant les caractéristiques des biocarburants. Cela signifiait que les populations parentales choisies pour l’ensemble de référence étaient trop diverses pour prédire de manière fiable les traits de l’hybride Miscanthus × giganteus. Et deuxièmement, les gènes contrôlant un trait particulier – comme ceux liés au potentiel de biocarburant – semblaient être différents chez les deux espèces parentes.

En d’autres termes, les génomes contribuant à Miscanthus × giganteus sont très complexes, ce qui explique pourquoi l’approche statistique a eu du mal à prédire les traits de la progéniture des deux parents.

Pourtant, l’équipe de recherche a continué d’essayer. Dans une étude de simulation, Olatoye a créé 50 familles Miscanthus × giganteus, chacune dérivée de parents choisis au hasard parmi les deux espèces. Il a sélectivement composé les contributions génétiques de chaque parent de haut en bas, et ces contributions ont formé la base génétique de phénotypes simulés. L’intention de l’étude était de fournir une meilleure vue des individus et des populations qui pourraient être les plus utiles pour les croisements dans la vie réelle.

«Les résultats suggèrent que la meilleure stratégie pour utiliser la diversité chez les parents est d’ajuster séparément les modèles de sélection génomique au sein de chaque espèce parentale, puis d’ajouter séparément les valeurs prédites des caractères Miscanthus × giganteus des deux modèles», explique Olatoye.

Bien que les chercheurs aient encore du travail à faire, l’étude de simulation a prouvé que la sélection génomique pouvait fonctionner pour Miscanthus × giganteus. L’étape suivante consiste à affiner davantage les populations utilisées pour former le modèle statistique et à évaluer les croisements sur le terrain.

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