Seul le genre Vitis produit des fruits comestibles. Il contient environ 60 espèces dioïques distribuées de façon équitable entre les continents américain et asiatique et représentant une ressource considérable de gènes de résistance aux agents pathogènes de la vigne (Mullins & al, 1992). Vitis vinifera est la seule espèce originaire d’Eurasie mais elle a été dispersée par l’homme à travers le monde pour la production de raisins de table et de vin. La famille des Vitaceae est une famille basale de la famille des rosids (Jansen & al, 2006).
Le nombre de chromosomes par génome haploïde dans la famille des Vitaceae varie entre 11 et 20. Des observations cytologiques d’hybrides F1 entre Vitis vinifera (2n=38) etMuscadinia rotundifolia (2n=40), suggèrent une possible origine allopolyploïde du génome de la vigne (Mullins & al, 1992).
d’Arabidopsis, du peuplier, de la luzerne et de la tomate (les autres dicotylédones dont le génome est séquencé ou en cours de séquençage) par de nombreuses caractéristiques biologiques telle que l’architecture de la tige avec des feuilles pétiolées en opposition soit avec des inflorescences, soit avec des vrilles. Les inflorescences ont une structure pyramidale branchée avec un développement asynchrone des fleurs. Les cinq pétales des fleurs sont soudées pour former la coiffe qui tombe à l’anthèse, libérant ainsi les étamines et le pistil. Particulièrement adaptées à la dissémination par les oiseaux, les baies subissent au cours de leur maturation des changements métaboliques complexes, communs à la plupart des fruits charnus et qui les font passer d’un état répulsif pour les animaux à attractif. La transition entre ces deux états est très rapide mais le mécanisme sous-jacent est encore inconnu. En effet, à la différence de la tomate, la maturation des baies de raisins intervient sans augmentation de la respiration ni émission significative d’éthylène (Mullins & al, 1992).
Pourquoi séquencer le génome de la vigne ?
La vigne constitue une espèce majeure pour l’agriculture européenne. Afin d’accroître sa compétitivité économique et d’adapter sa culture aux nouveaux objectifs de production, qui résultent du changement climatique, de l’émergence de nouvelles maladies, des impératifs de protection de l’environnement et des comportements des consommateurs, il est nécessaire d’approfondir les connaissances sur sa physiologie et sa pathologie, et de développer des outils et ressources génétiques à partir desquels il sera possible de l’améliorer.
Crédits : Virginie Curtil
Or, si la biologie de la vigne n’en fait pas une espèce modèle (plante pérenne, très hétérozygote et possédant un cycle de reproduction long), il est rapidement apparu qu’il était non seulement possible, mais aussi nécessaire, de développer des outils génomiques pour accélérer l’acquisition de connaissances sur des caractères agronomiques importants tels que la résistance aux maladies, la tolérance aux stress abiotiques, la maturation et la qualité de la baie,...
Les avancées dans la connaissances du génome de plantes modèles (Arabidopsis, riz, et bientôt Medicago) ainsi que le fait que le génome de la vigne soit de petite taille (475 Mb) ont conduit la communauté scientifique internationale à s’organiser en un consortium,
International Grape Genome Program (IGGP), chargé de coordonner le développement des ressources génomiques sur la vigne. Stimuler la mise en place d’un projet de séquençage du génome de la vigne était l’un des objectifs du consortium.
Crédits : Virginie Curtil
La connaissance du génome de la vigne favorisera considérablement le transfert des résultats déjà acquis, chez des espèces modèles, sur des mécanismes moléculaires impliqués dans les caractères d’importance agronomique chez la vigne. La connaissance des séquences des gènes de la vigne est nécessaire pour tenir compte au mieux de ses spécificités biologiques : plante pérenne, fruit charnu, signaux de maturation différents de ceux de la tomate, tendance à la dioécie, ... Elle permettra des approches de génomique fonctionnelle qui ont montré leur richesse et leur efficacité pour l’étude de caractères complexes chez d’autres espèces. Une attention particulière sera ainsi portée aux régions portant des « clusters » de séquences homologues à des gènes de résistance ou de défense aux maladies : leur connaissance facilitera l’exploration des ressources génétiques et l’accès aux allèles impliqués dans ces mécanismes. Ces connaissances devraient également permettre de répondre à un fort besoin de marqueurs de l’état physiologique de la plante au vignoble afin de développer des outils pour une viticulture plus précise, plus durable et de qualité (adaptation au stress hydrique, lien entre la qualité technologique et l’état de maturation des baies ...).
Constitution d’un projet franco-italien
En automne 2004, sous la pression de la communauté international sur le positionnement de la France en ce qui concerne le séquençage du génome de la vigne, le Conseil Scientifique du Genoscope a donné un avis favorable pour un séquençage de ce génome selon la stratégie de séquençage global (Whole Genome Shot-gun) à une hauteur de 3 équivalents génomiques sur ses fonds. Parallèlement, l’INRA a présenté une demande auprès de
l’Agence Nationale de la Recherche (ANR) pour un séquençage complémentaire à une hauteur de 6 équivalents génomiques. L’avis positif a été communiqué au Genoscope par l’ANR en mai 2005. Par ailleurs, en juillet 2005, la France et l’Italie (Université de Padoue, Université de Milan et Université d’Udine) ont signé un accord de collaboration pour le séquençage du génome de la vigne. La part italienne concernant le séquençage sera réalisée à une hauteur d’au moins 3 équivalents génomiques. Le programme franco-italien de séquençage du génome de la vigne aboutira à une couverture minimale de 12 équivalents génomiques. Par ailleurs, le programme de séquençage du génome de la vigne est coordonnée au séquençage d’une souche de levure (EC-1118) utilisée pour la vinification et d’une souche de l’agent pathogène Botrytis cinerea.
Stratégie
Crédits : Virginie Curtil
Le séquençage du génome de Vitis vinifera est réalisé sur le génotype quasi-homozygote PN40024 créé à l’INRA de Colmar (Bronner et Oliveira 1990). La taille de son génome est estimée à 475 Mb (Lodhi et Reisch 1995). La stratégie choisie est un séquençage global (Whole Genome Shot-gun) mené à une couverture minimale de 12 équivalents génomiques. Plusieurs banques plasmidiques comprenant des inserts de tailles différentes (3 et 10 kb) ont été construites et sont en cours de séquençage. Une banque BAC HindIII de 70 656 clones a été construite et les séquences d’extrêmités ont été obtenues. Par ailleurs, une banque de fosmides (35 kb) est en cours de construction afin d’obtenir des liens clones à longue distance nécessaire lors de l’assemblage. L’ensemble des séquences obtenues sera assemblée en utilisant l’assembleur ARACHNE (Broad Institute) et une annotation automatique sera menée.
En parallèle, une carte physique et génétique comprenant plus de 1 500 marqueurs sera construite. Elle permettra d’ancrer et d’orienter les super-contigs de séquence le long des 19 chromosomes.
L’analyse des ADNc pleine longueur constitue une approche incontournable pour caractériser la structure et la fonction des gènes.
Une série de développements technologiques a permis d’aboutir à la mise au point d’une méthode originale de production d’ADNc pleine longueur (Clépet et al 2004 Nucl Acid Res vol. 32, N° 1 e6). Basé sur l’utilisation de ce protocole, différentes banques sont en cours de construction, en vue de séquencer 50 000 clones. Le jeu de séquences de transcrits ainsi caractérisé sera particulièrement utile pour procéder à l’annotation de la séquence génomique de Vitis vinifera.
Ressources:
Séquençage:
Annotations:
Référence :
Jaillon O., Aury J-M, Noel B., Policriti A., Clepet C.,Casagrande A., Choisne N., Aubourg S., Vitulo N., Jubin C., Vezzi A., Legeai F., Hugueney P., Dasilva C., Horner D., Mica E., Jublot D., Poulain J., Bruyère C., Billault A., Segurens B., Gouyvenoux M., Ugarte E., Cattonaro F., Anthouard V., Vico V., Del Fabbro C., Alaux M., di Gaspero G., Dumas V., Felice N., Paillard S., Juman I., Moroldo M., Scalabrin,S., Canaguier A.,Le Clainche I., Malacrida G.,Durand E., Pesole G., Laucou V., Chatelet P., Merdinoglu D., Delledonne M., Pezzotti M., Lecharny A., Scarpelli C., Artiguenave F., Pè M. E., Valle G., Morgante M., Caboche M., Adam-Blondon A.-F., Weissenbach J., Quétier F., Wincker P. « The grapevine genome sequence suggests ancestral hexaploidization in major angiosperm phyla ». Nature. 2007. Vol 449, Issue 7161, pp. 463-467.
Bibliographie
Jansen RK, Kaittanis C, Saski C, Lee S-B, Tomkins J, Alverson AJ, Daniell H. « Phylogenetic analyses of Vitis (Vitaceae) based on complete chloroplast genome sequences : effects of taxon sampling and phylogenetic methods on resolving relationships among rosids. » BMC Evolutionary Biology. 2006. 6 : 32L
Mullins MG, Bouquet A, Williams LE. « Biology of grapevine ». Cambridge University Press, Cambridge. 1992.
Bronner and Oliveira (1990) Creation and study of the Pinot Noir variety lineage. In : Proc. 5th Intern. Symp. Grape Breeding St Martin/Pflaz, Germany, Sept 1989, Vitis, special issue, pp69-80
Lodhi MA, Reisch BI (1995) Nuclear DNA content of Vitis species, cultivars and other genera of the Vitaceae. Theor Appl Genet, 90 : 11-16
ARACHNE : A Whole-Genome Shotgun Assembler, Genome Research , January 2002.
Whole-Genome Sequence Assembly for Mammalian Genomes : ARACHNE 2, Genome Research , January 2003.
Agences de financement :
