Génomique et post-génomique végétale

Des programmes de recherche au cœur des problématiques de biotechnologie végétale

Biotechnologies Transformation de matière première en biens ou services par le

moyen d’organismes vivants »

Technologies impliquant l’obtention et/ou l’utilisation d’organismes génétiquement modifiés

Développement et utilisation de techniques de cultures in vitro dans différents domaines relatifs au végétal et à l’amélioration variétale»

Développement et application d’outils moléculaires dans différents domaines relatifs à l’agronomie et la médecine

BiotechnologiesDéveloppement et application d’outils moléculaires dans différents domaines relatifs à l’agronomie et la médecine

Programmes de génomique végétale

Développement d’outils « haut débit »

Espèces modèles

Extension des programmes à d’autres espèces

Objectif affiché : offrir aux semenciers de nouveaux outils d’amélioration, associés à des brevets

Programmes de séquençage

Qui finance les programmes de génomique ?

Filières professionnelles

Sofiproteol, Unigrains, Limagrain, Euralis, RAGT, Biogemma, Bayer

Syngenta, Monsanto

Financements publics

INRA, CNRS, IRD, ARVALIS

Gouvernements US, japonais, chinois, canadien, français, indien..

Génoplante

Séquençage du génome du riz

Concrètement

Achevés : Arabidopsis (2000), Riz (2002), Peuplier (2006)

En cours : Tomate, Blé, Colza, Pomme de Terre…

Post-génomique Exploitation des séquences

Caractéristiques agronomiques

Qualité des produits

Résistance aux bioagresseurs

Facteurs génétiques

Dépôt de brevets

Annotation fonctionnelle

Séquençage du génome

Prédiction in silico (initialement 40 %

d’erreurs) cDNA completsEST

Prédiction in silico

Analyse de mutants

Régulations transcriptionnelles

Génétique classique

Génétique inverseGénétique inverse

systématique

Bioinformatique

Transcriptomique

Collections systématiques de mutants

Phénomique

Séquençage

Les outils de la génomique fonctionnelle Transcriptomique

Bioinformatique

Collections de mutants

Phénomique

Investissement importants en parallèle des

programmes de séquençage

Génoplante

SALK institute

RIKEN

GABI-KAT

Exemple du programme Génoplante Travaux sur le génome de plantes :

maïs, colza, blé, tournesol, pois Arabidopsis

Outils de génomique Banques BAC, microsatellites Développement d’outils bioinformatiques

Outils de génomique fonctionnelle Plateformes « transcriptome » / « proteome » / «

métabolome » Collections de mutants T-DNA et RNAi Tilling

Exemple du modèle Arabidopsis

Transcriptomique

Puces à ADN (microarrays) Technologie privée Affymetrix Technologie académique CATMA

Principe : fixer sur un support des fragments d’ADN spécifiques de chaque

cDNA Hybrider un pool d’ARN extrait d’un tissu d’une lignée donnée

dans une condition donnée et marqué à l’aide d’un fluorophore Évaluer pour cet échantillon d’ARN le niveau d’expression de la

quasi-intégralité des gènes (dans le cas d’Arabidopsis)

Exemple : expression tissulaire d’un gène codant une proline déshydrogénase

Exemple : régulation par un agent pathogène d’un gène codant une proline déshydrogénase

Transcriptomique

Objectifs : Comprendre globalement les phénomènes de

régulation de l’expression Disposer d’une banque de données

d’informations sur l’expression de chaque gène fonctions potentielles

Collections de mutants

Quels mutants ?

Mutagenèse chimique

Mutagenèse par irradiation

Mutagenèse insertionnelle Perte de fonction Gain de fonction

RNAi

Nombre important de mutations, mutations ponctuelles

Nombre important de mutations, mutations ponctuelles + délétions plus larges

Faible nombre de mutations

Insertions

Extinction de familles de gènes

Simple pour les plantes non-modèles

Génétique classique

Sélectionner un processus biologique

Générer une population aléatoire

de mutants

Cribler la population de mutants pour isoler quelques

mutants d’intérêt

Cartographier et cloner le gène muté

Générer une collection de mutants

Génétique inverse

Isoler des graines correspondant à la mutation

d’un gène donné

Caractériser le phénotype du mutant

Tilling

« Deleteagene TM »PCR

Phénotypage de mutants

Parfois phénotype évident (la cause biochimique peut l’être beaucoup moins)

Parfois le phénotype du mutant est difficile à identifier

Générer une collection systématique et non

redondante de mutants dont la mutation est

caractérisée

Isoler des graines correspondant à la mutation

d’un gène donné

Caractériser le phénotype du mutant

Caractériser les phénotypes de l’ensemble de la collection

pour une condition expérimentale donnée

Outils de « phénomique »

Génétique inverse systématique

Génétique inverse

Phénomique

Des outils en développement…

hormone herbicide

Chaque puit correspond à un mutant différent

Outils Internet d’exploration des données de génomique

Exemples pour Arabidopsis

Séquences : Site du National Center for Biotechnology Information

(NCBI) Généralités sur Arabidopsis

TAIR Transcriptome

eFP Browser Collections de mutants

SALK Institute GABI-KAT INRA Versailles

Identifier l’accession d’un gène correspondant à une enzyme

Accession du gène : At3g30775

Arabidopsis thaliana ADN génomique,

chromosome 3

Numéro du gène sur le chromosome

Rentrer l’accession du gène

Cliquer sur un (le) locus proposé

Vérifier que la fonction référencée est bien celle attendue

Organisation introns-exons

Existence de mutants (privilégier la recherche par le moteur de recherche du SALK)

Séquence génomique

Séquence cDNA contenant l’ORF

>At4g36220 Cinnamate 4-hydroxylase Arabidopsis thaliana CTCAGCAGCTTCTTCTGCTTTCAATTACTCTCGCCGACGATTTTCTCACCGGAAAAAAACAATATCATTGCGGATACACAAACTATAATGGACCTCCTCTTGCTGGAGAAGTCTTTAATCGCCGTCTTCGTGGCGGTGATTCTCGCCACGGTGATTTCAAAGCTCCGCGGCAAGAAATTGAAGCTACCTCCAGGTCCTATACCAATTCCGATCTTCGGAAACTGGCTTCAAGTCGGAGATGATCTCAACCACCGTAATCTCGTCGATTACGCTAAGAAATTCGGCGATCTCTTCCTCCTCCGTATGGGTCAGCGAAACCTAGTCGTCGTCTCCTCACCGGATCTAACAAAGGAAGTGCTCCTCACTCAAGGCGTTGAGTTTGGATCCAGAACGAGAAACGTCGTGTTCGACATTTTCACCGGGAAAGGTCAAGATATGGTGTTCACTGTTTACGGCGAGCATTGGAGGAAGATGAGAAGAATCATGACGGTTCCTTTCTTCACCAACAAAGTTGTTCAACAGAATCGTGAAGGTTGGGAGTTTGAAGCAGCTAGTGTTGTTGAAGATGTTAAGAAGAATCCAGATTCTGCTACGAAAGGAATCGTGTTGAGGAAACGTTTGCAATTGATGATGTATAACAATATGTTCCGTATCATGTTCGATAGAAGATTTGAGAGTGAGGATGATCCTCTTTTCCTTAGGCTTAAGGCTTTGAATGGTGAGAGAAGTCGATTAGCTCAGAGCTTTGAGTATAACTATGGAGATTTCATTCCTATCCTTAGACCATTCCTCAGAGGCTATTTGAAGATTTGTCAAGATGTGAAAGATCGAAGAATCGCTCTTTTCAAGAAGTACTTTGTTGATGAGAGGAAGTGAGTTCATTTTTTTGTTTCTATTTTTAGTTTTATCTTTTGAGTTTGATTTTGGGAAATTGACATTGATGATTCATTCTTACAGGCAAATTGCGAGTTCTAAGCCTACAGGTAGTGAAGGATTGAAATGTGCCATTGATCACATCCTTGAAGCTGAGCAGAAGGGAGAAATCAACGAGGACAATGTTCTTTACATCGTCGAGAACATCAATGTCGCCGGTAACTTCTATTTCTTACTTGTAGGATACGTAATCAATCCTCTAGACGTCTCTGCTTGCATAAGGAATTGGACATTAGTGTTTTAAGTGAATCCTAGAAATCCGGAATTGTAACCATAACAGGAAATTAGGCTCATGTAGGTTGGTTTTTTGGTCTCCCCTGAAGAGGCTGGATTGTATATGGTTTTGTGAAGCTGATATCTTGATTTCTGCTGAAACAGCGATTGAGACAACATTGTGGTCTATCGAGTGGGGAATTGCAGAGCTAGTGAACCATCCTGAAATCCAGAGTAAGCTAAGGAACGAACTCGACACAGTTCTTGGACCGGGTGTGCAAGTCACCGAGCCTGATCTTCACAAACTTCCATACCTTCAAGCTGTGGTTAAGGAGACTCTTCGTCTGAGAATGGCGATTCCTCTCCTCGTGCCTCACATGAACCTCCATGATGCGAAGCTCGCTGGCTACGATATCCCAGCAGAAAGCAAAATCCTTGTTAATGCTTGGTGGCTAGCAAACAACCCCAACAGCTGGAAGAAGCCTGAAGAGTTTAGACCAGAGAGGTTCTTTGAAGAAGAATCGCACGTGGAAGCTAACGGTAATGACTTCAGGTATGTGCCATTTGGTGTTGGACGTCGAAGCTGTCCCGGGATTATATTGGCATTGCCTATTTTGGGGATCACCATTGGTAGGATGGTCCAGAACTTCGAGCTTCTTCCTCCTCCAGGACAGTCTAAAGTGGATACTAGTGAGAAAGGTGGACAATTCAGCTTGCACATCCTTAACCACTCCATAATCGTTATGAAACCAAGGAACTGTTAAACTTTCTGCACAAAAAAAAGGATGAAGATGACTTTATAAATGTTTGTGAAATCTGTTGAAATATTCCCTTGTTTTGCTTTTGTGAGATGTTTTTGTGTAAAATGTCTTTAAATGGTTCGTTCTACGATTGCAATAATAATTAGTGGTGCTCATTGTTTTGGATGGATCAATGTTATACTTATATCATTTGAAAATCTC Légende Rouge droit : UTR Rouge italique : introns Bleu : ORF Surlignage vert : amorces de vérification de l’insertion Surlignage jaune : séquence de confirmation de l’insertion

Liens avec des outils bioinformatiques permettant de connaître les résultats de transcriptomique liés au gène en question

eGFP

Un exemple d’outil de visualisation de données transcriptomiques chez Arabidopsis thaliana

Vérifier que l’accession du gène est correcte

Autres conditions expérimentales

T-DNA express

Un outil pour identifier l’existence de mutants T-DNA dans les différentes collections mondiales de graines d’Arabidopsis thaliana

Design d’amorces pour caractériser les mutants T-DNA

SIGnALT-DNA

Entrer l’accession du mutant

>At4g36220 Cinnamate 4-hydroxylase Arabidopsis thaliana CTCAGCAGCTTCTTCTGCTTTCAATTACTCTCGCCGACGATTTTCTCACCGGAAAAAAACAATATCATTGCGGATACACAAACTATAATGGACCTCCTCTTGCTGGAGAAGTCTTTAATCGCCGTCTTCGTGGCGGTGATTCTCGCCACGGTGATTTCAAAGCTCCGCGGCAAGAAATTGAAGCTACCTCCAGGTCCTATACCAATTCCGATCTTCGGAAACTGGCTTCAAGTCGGAGATGATCTCAACCACCGTAATCTCGTCGATTACGCTAAGAAATTCGGCGATCTCTTCCTCCTCCGTATGGGTCAGCGAAACCTAGTCGTCGTCTCCTCACCGGATCTAACAAAGGAAGTGCTCCTCACTCAAGGCGTTGAGTTTGGATCCAGAACGAGAAACGTCGTGTTCGACATTTTCACCGGGAAAGGTCAAGATATGGTGTTCACTGTTTACGGCGAGCATTGGAGGAAGATGAGAAGAATCATGACGGTTCCTTTCTTCACCAACAAAGTTGTTCAACAGAATCGTGAAGGTTGGGAGTTTGAAGCAGCTAGTGTTGTTGAAGATGTTAAGAAGAATCCAGATTCTGCTACGAAAGGAATCGTGTTGAGGAAACGTTTGCAATTGATGATGTATAACAATATGTTCCGTATCATGTTCGATAGAAGATTTGAGAGTGAGGATGATCCTCTTTTCCTTAGGCTTAAGGCTTTGAATGGTGAGAGAAGTCGATTAGCTCAGAGCTTTGAGTATAACTATGGAGATTTCATTCCTATCCTTAGACCATTCCTCAGAGGCTATTTGAAGATTTGTCAAGATGTGAAAGATCGAAGAATCGCTCTTTTCAAGAAGTACTTTGTTGATGAGAGGAAGTGAGTTCATTTTTTTGTTTCTATTTTTAGTTTTATCTTTTGAGTTTGATTTTGGGAAATTGACATTGATGATTCATTCTTACAGGCAAATTGCGAGTTCTAAGCCTACAGGTAGTGAAGGATTGAAATGTGCCATTGATCACATCCTTGAAGCTGAGCAGAAGGGAGAAATCAACGAGGACAATGTTCTTTACATCGTCGAGAACATCAATGTCGCCGGTAACTTCTATTTCTTACTTGTAGGATACGTAATCAATCCTCTAGACGTCTCTGCTTGCATAAGGAATTGGACATTAGTGTTTTAAGTGAATCCTAGAAATCCGGAATTGTAACCATAACAGGAAATTAGGCTCATGTAGGTTGGTTTTTTGGTCTCCCCTGAAGAGGCTGGATTGTATATGGTTTTGTGAAGCTGATATCTTGATTTCTGCTGAAACAGCGATTGAGACAACATTGTGGTCTATCGAGTGGGGAATTGCAGAGCTAGTGAACCATCCTGAAATCCAGAGTAAGCTAAGGAACGAACTCGACACAGTTCTTGGACCGGGTGTGCAAGTCACCGAGCCTGATCTTCACAAACTTCCATACCTTCAAGCTGTGGTTAAGGAGACTCTTCGTCTGAGAATGGCGATTCCTCTCCTCGTGCCTCACATGAACCTCCATGATGCGAAGCTCGCTGGCTACGATATCCCAGCAGAAAGCAAAATCCTTGTTAATGCTTGGTGGCTAGCAAACAACCCCAACAGCTGGAAGAAGCCTGAAGAGTTTAGACCAGAGAGGTTCTTTGAAGAAGAATCGCACGTGGAAGCTAACGGTAATGACTTCAGGTATGTGCCATTTGGTGTTGGACGTCGAAGCTGTCCCGGGATTATATTGGCATTGCCTATTTTGGGGATCACCATTGGTAGGATGGTCCAGAACTTCGAGCTTCTTCCTCCTCCAGGACAGTCTAAAGTGGATACTAGTGAGAAAGGTGGACAATTCAGCTTGCACATCCTTAACCACTCCATAATCGTTATGAAACCAAGGAACTGTTAAACTTTCTGCACAAAAAAAAGGATGAAGATGACTTTATAAATGTTTGTGAAATCTGTTGAAATATTCCCTTGTTTTGCTTTTGTGAGATGTTTTTGTGTAAAATGTCTTTAAATGGTTCGTTCTACGATTGCAATAATAATTAGTGGTGCTCATTGTTTTGGATGGATCAATGTTATACTTATATCATTTGAAAATCTC Légende Rouge droit : UTR Rouge italique : introns Bleu : ORF Surlignage vert : amorces de vérification de l’insertion Surlignage jaune : séquence de confirmation de l’insertion