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
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