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Reconstruction de chromosomes complets de génomes de plantes par séquençage


​Une équipe du Genoscope est parvenue à reconstruire des chromosomes complets de plantes en combinant des technologies de séquençage de longs fragments et de cartographie optique de l’ADN. Leur approche ouvre de nouvelles perspectives dans la résolution de la complexité de plus grands génomes de plantes.

Publié le 4 décembre 2018

La majorité des données de séquençage est actuellement générée grâce à la technologie commercialisée par Illumina. Cette technologie, dite courte lecture, séquence à faible coût des génomes complexes, comme ceux des plantes. Cependant, ne pouvant lire que de petits fragments d’ADN (100-300 paires de bases), elle rend compliquée la reconstruction des génomes contenant de nombreuses répétitions. Depuis peu, des technologies pouvant lire de longs fragments d’ADN sont disponibles, facilitant la reconstruction des génomes hautement répétés. Néanmoins, en s’appuyant sur ces longues lectures, la reconstruction de chromosomes complets n’est toujours pas possible.

Des chercheurs du Genoscope ont utilisé de nouvelles techniques de génomique pour reconstruire le génome d’une navette oléagineuse (Brassica rapa), d’un chou broccoli (Brassica oleracea) et d’un bananier (Musa schizocarpa), trois espèces végétales dont le génome est hautement répété. Les espèces du genre Brassica présentent ainsi une grande variabilité morphologique intra-espèces. Par exemple, le broccoli, le chou-fleur, le chou pommé, le chou rave ou encore le chou de Bruxelles appartiennent tous à l’espèce Brassica oleracea. Quant aux bananiers, ceux actuellement cultivés sont issus du croisement d’espèces ancestrales, dont la connaissance du génome devient essentielle pour caractériser les espèces modernes. Avec la reconstruction de chromosome complet du génome de ces trois espèces, l’objectif des chercheurs est de  fournir l’outil indispensable pour tenter de comprendre les différences morphologiques et l’histoire évolutive de chaque variété.

Dans le cadre d’un projet collaboratif entre le CEA, l’INRA, le CIRAD et le CNRS, ils ont obtenu un assemblage des lectures à l’échelle chromosomique pour ces trois espèces. Pour cela, les chercheurs ont dans un premier temps extrait de grands fragments d’ADN qu’ils ont séquencé à l’aide de la technologie commercialisée par Oxford Nanopore Technology (ONT). Cette technologie peut lire de grandes molécules (>50Kb), mais l’assemblage de ces lectures ne permet pas de reconstituer les chromosomes. Pour cela, ils ont combiné ces données avec des cartes optiques produites par le système Saphyr (commercialisé par la société Bionano Genomics). En effet, si ces cartes ne donnent pas d’information sur les séquences, elles permettent de connaître l’organisation d’un génome à l’échelle du chromosome. Ces trois génomes, partagés avec la communauté scientifique, font partis des plus contiguës disponibles actuellement (Voir figure ci-dessous). La combinaison de ces différentes technologies ouvre de nouvelles perspectives dans la résolution de la complexité de plus grands génomes de plantes.

Genomes contiguës - Banane navette brocoli

​L’axe des abscisses représente le “Contig N50” qui est une mesure permettant de vérifier la contiguïté des séquences reconstitués. L’axe des ordonnées représente la taille estimée des génomes. La couleur des points dépend de la technique de séquençage utilisée. Les trois génomes fléchés sont ceux apportés par cette étude.



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