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Equipe génome

Structure, Fonction et évolution des génomes de blé

Dernière mise à jour de cette page : 26/08/2008

Animateur :
Informations détaillées Catherine FEUILLET

Membres de l'équipe :

  Prénom Nom Mots clés
Informations détaillées Walid AL FARES Clonage SKr
Informations détaillées Stéphane BENEDIT Laverie - Biologie moléculaire
Informations détaillées Christiane BOEUF Biologie moléculaire "nouveaux outils"
Informations détaillées Delphine BOYER Cartographie - Clonage positionnel
Informations détaillées Bouzid CHAREF Biologie moléculaire - Ressource moléculaire
Informations détaillées Frédéric CHOULET Bioinformatique
Informations détaillées Lifeng GAO Evolution - Diversité
Informations détaillées Georges GAY Cytogénétique
Informations détaillées Philippe LEROY Bioinformatique
Informations détaillées Alain LOUSSERT Cytologie Ressources Vegétales
Informations détaillées Etienne PAUX Projet cartographie 3B
Informations détaillées Jacqueline PHILIPPON Biologie Moléculaire
Informations détaillées Charles PONCET Génomique et cytogénétique
Informations détaillées Camille RUSTENHOLZ Génomique expression
Informations détaillées Jérôme SALSE Génomique Bioinformatique
Informations détaillées Pierre SOURDILLE Cartographie - Clonage positionnel

Présentation générale 

Blé et chromosomes

Le génome du blé tendre (Triticum aestivum L.) est complexe, de grande taille (17 000 Mb) et les événements de polyploïdisation qui ont contribué à sa formation sont récents (8-10 000 ans). Ces caractéristiques, associées à l'existence d'une très large collection de variétés, lignées et espèces sauvages apparentées ainsi qu'une génétique bien étudiée font du blé une espèce modèle pour l'étude de l'évolution et de l'organisation des génomes polyploïdes. Si la majeure partie de ce génome (80%) est composée de séquences répétées et d'éléments transposables, des études de cytogénétique et plus récemment des analyses de séquences génomiques ont montré que les gènes sont probablement organisés en îlots. De plus, la recombinaison apparaît comme un phénomène peu fréquent qui ne s'effectue pas de façon homogène tout au long d'un chromosome de blé. Les connaissances sur l'organisation physique de ce grand génome ne sont encore que très fragmentaires et se résument essentiellement à quelques séquences couvrant au mieux quelques centaines de kilobases, et uniquement autour de quelques gènes d'intérêt. Au travers de l'étude du chromosome 3B de blé hexaploïde, les travaux réalisés par l'équipe visent à aboutir à une connaissance approfondie de l'organisation et de l'évolution du génome de blé tendre et de répondre à un certain nombre de questions biologiques fondamentales qui concernent :

  1. l'organisation à grande échelle des régions géniques et répétées et la mise en évidence d'îlots riches en gènes ;
  2. l'étude de la recombinaison le long du chromosome au travers de l'étude des relations entre distance génétique et distance physique ;
  3. la colinéarité entre génomes homéologues du blé et les relations de synténie avec d'autres céréales ;
  4. les relations entre structure et fonction et les conséquences en matière d'expression génique ;
  5. les mécanismes d'évolution des génomes (excision, duplication, transposition de gènes et d'éléments répétés...) dans un contexte polyploïde.

Ces travaux s'intègrent par ailleurs dans un projet international de séquençage du génome du blé (International Wheat Genome Sequencing Consortium) et dans le cadre d'une intiative européenne en génomique des Triticées (ETGI) dont nous coordonnons les activités.

Principales activités ou réalisations

Construction d'une carte physique ancrée sur les cartes génétiques du chromosome 3B
Physical map

Ce projet vise à construire la première carte physique d'un chromosome de blé hexaploïde, le chromosome 3B, en utilisant une approche chromosome-spécifique permettant de réduire les problèmes dus à la complexité du génome et notamment sa taille et sa redondance. Cette carte physique sera ancrée sur les cartes génétiques par le biais de marqueurs moléculaires. Cet outil servira de base à l'ensemble des activités développées par ailleurs dans l'équipe.

Analyse des duplications du génome chez le blé tendre. Cas d'étude du chromosome 3B
Gene islands

Ce projet s'articule autour de deux questions majeures qui sont la distribution non aléatoire des gènes sur le chromosome 3B sous forme d'îlots et la duplication de fragments chromosomiques comme source de plasticité des génomes leur permettant une spécialisation de fonction du contenu génique et ainsi une meilleure adaptation à leur environnement. Cette activité utilise la carte physique du chromosome 3B sur laquelle sont ancrés les gènes exprimés connus (EST).

Evolution du locus de résistance Rph7 d'orge chez les graminées
Rph7 locus

Le projet a pour but d'étudier l'évolution d'un locus situé sur le bras court du chromosome 3B et contenant plusieurs gènes de résistance à différents pathogènes chez les graminées. Le projet vise à identifier, dater le nombre d'événements responsables de la mise en place de différent haplotypes et d'en expliquer les mécanismes au niveau moléculaire. Dans le cadre de cette activité nous nous intéressons également à l'évolution d'une famille de gènes (HGA) sur des périodes évolutives plus courtes dans des sous espèces de riz chez le riz et le blé (entre génomes homéologues) afin de comprendre l'évolution intra haplotypique de ce locus particulier.

Etude de la recombinaison et de son impact sur l'évolution des gènes, des génomes et des populations
Recombination

Ce projet vise à analyser la fréquence et le gradient de recombinaison le long du chromosome 3B, ainsi que son effet sur l'évolution des gènes et des génomes, dans différents contextes génétiques (homologie, homéologie et ploïdie) et à différentes échelles (sur chromosome entier et dans des régions cibles séquencées et densifiées en marqueurs génétiques). Pour cela, la comparaison entre les distances génétiques et les distances physiques sera faite dans les parties proximales et distales du chromosome 3B.

Pipeline d'annotation automatique de séquences génomiques de plante
Triannot Pipeline

Ce projet vise à construire un pipeline : chaîne de programmes bioinformatiques pour l'annotation automatique de séquences génomiques en particuliers des séquences BAC (Bactérial Artificial Chromsome) pour le blé et l'orge. Le but du pipeline est d'identifier des gènes, des tRNA et des séquences répétées notamment les Eléments Transposables qui représentent plus de 85% du génome du blé tendre. Le pipeline est accessible à l'URL : http://urgi.versailles.inra.fr/projects/TriAnnot/

Quelques publications

Bartoš J, Paux E, Kofler R, Havránková M, Kopecký D, Suchánková P, Šafár J, Šimková H, Town CD, Lelley T, Feuillet C and Doležel J 2008. A first survey of the rye (Secale cereale) genome composition through BAC end sequencing of the short arm of chromosome 1R. BMC Plant Biology. 8, 95 Abstract

Paux E, Sourdille P, Salse J, Saintenac C, Choulet F, Leroy P, Korol A, Michalak M, Kianian S, Spielmeyer W, Lagudah E, Sommers D, Killian A, Alaux M, Vautrin S, Bergès H, Eversole K, Appels R, Safa J, Simkova H, Dolezel J, Bernard M and Feuillet C 2008. A Physical Map of the 1-Gigabase Bread Wheat chromosome 3B. Science. 322, 101-104 Abstract Full text

McNeil M.D., Kota R., Paux E., Dunn D., McLean R., Feuillet C., Li D., Kong X., Lagudah E., Zhang J.C., Jia J.Z., Spielmeyer W., Bellgard M. and Appels R. 2008. BAC-derived markers for assaying the stem rust resistance gene, Sr2, in wheat breeding programs. Mol. Breeding. 22, 15-24 Abstract

Feuillet C, Langridge P and Waugh R 2008. Cereal breeding takes a walk on the wild side. Trends in Genetics. 24, 24-32 Abstract

Salse J, Bolot S, Throude M, Jouffe V, Piegu B, Masood Quraishi U, Calcagno T, Cooke R, Delseny M, Feuillet C 2008. Identification and Characterization of Shared Duplications between Rice and Wheat Provide New Insight into Grass Genome Evolution. Plant Cell. 20, 11-24 Abstract

Paux E, Legeai F, Guilhot N, Adam-Blondon AF, Alaux M, Salse J, Sourdille P, Leroy P and Feuillet C 2008. Physical mapping in large genomes: accelerating anchoring of BAC contigs to genetic maps through in silico analysis. Funct. Integr. Genomics. 8, 29-32 Abstract

Feuillet C and Eversole K 2008. Physical mapping of the wheat genome: A coordinated effort to lay the foundation for genome sequencing and develop tools for breeders. Isr. J. Plant Sci.. In press

Doležel J, Kubaláková M, Paux E, Bartoš J and Feuillet C 2007. Chromosome-based genomics in the cereals. Chromosome Research. 74, 51-66 Abstract

Zhang LY, Bernard M, Ravel C, Balfourier F, Leroy P, Feuillet C and Sourdille P 2007. Wheat EST-SSRs for tracing chromosome segments from a wide range of grass species. Plant Breeding. 126, 251-256 Abstract

Moolhuijzen P, Dunn DS, Bellgard M, Carter M, Jia J, Kong X, Gill BS, Feuillet C, Breen J and Appels R 2007. Wheat genome structure and function: genome sequence data and the International Wheat Genome Sequencing Consortium. Aust. J Agr. Res.. 58, 470-475 Abstract

Paux E, Roger D, Badaeva E, Gay G, Bernard M, Sourdille P and Feuillet C 2006. Characterizing the composition and evolution of homoeologous genomes in hexaploid wheat through BAC-end sequencing on chromosome 3B. Plant J. 48, 463-474

Doležel J, Kubaláková M, Paux E, Bartos J and Feuillet C 2006. Chromosome-based genomics in the cereals. Chromosome Res. in press

Zhang LY, Ravel C, Bernard M, Balfourier F, Leroy P, Feuillet C and Sourdille P 2006. Transferable bread wheat EST-SSRs can be useful for phylogenetic studies among the Triticeae species. Theor. Appl. Genet.. 113, 407-418

Isidore E, Scherrer B, Chalhoub B, Feuillet C, and Keller B 2005. Ancient haplotypes resulting from extensive molecular rearrangements in the wheat A genome have been maintained in species of three different ploidy levels. Genome Res. 15, 526-536

Zhang L Y, Bernard M, Leroy P, Feuillet C, and Sourdille P 2005. High transferability of bread wheat EST-derived SSRs to other cereals. Theoretical and Applied Genetics. 111, 677-687

Gill B S and Feuillet C 2005. International wheat genome sequencing consortium: who, why, and how of a 17-Gb hexaploid wheat genome sequencing project. Comparative Biochemistry and Physiology, part A: Molecular and integrative Physiology. 141, suppl 3, S262

Scherrer B, Isidore E, Klein P, Kim J-S, Bellec A, Chalhoub B, Keller B and Feuillet C 2005. Large intra-specific haplotype variability at the Rph7 locus results from rapid and recent divergence in the barley genome. Plant Cell. 17, 361-374

Chantret N, Salse J, Sabot F, Rahman S, Bellec A, Laubin B, Dubois I, Dossat C, Sourdille P, Joudrier P, Gautier MF, Cattolico L, Beckert M, Aubourg S, Weissenbach J, Caboche M, Bernard M, Leroy P, and Chalhoub B 2005. Molecular basis of evolutionary events that shaped the Hardness locus in diploid and polyploid wheat species (Triticum and Aegilops). Plant Cell. 17, 1033-1045

Safar J, Bartos J, Janda J, Bellec A, Kubalakova M, Valarik, M, Pateyron S, Weiserova J, Tuskova R, Cihalikova J, Vrana J, Simkova H,Faivre-Rampant P, Sourdille P, Caboche M, Bernard M, Dolezel J, and Chalhoub B 2004. Dissecting large and complex Genomes: flow sorting and BAC cloning of individual chromosomes from bread wheat. The Plant Journal. 39, 960-968

Sourdille P, Singh S, Cadalen T, Brown-Guedira G L, Gay G, Qi L, Gill B S, Dufour P, Murigneux A, and Bernard M 2004. Microsatellite-based deletion bin system for the establishment of genetic-physical map relationships in wheat (Triticum aestivum L.). Functional and Integrative Genomics. 4, 12-25

Sabot F, Simon D, and Bernard M 2004. Plant transposable elements, with an emphasis on Grass species. Euphytica. 139, 227-247

Sourdille P, Cadalen T, Guyomarc'h H, Snape J W, Perretant M-R, Charmet G, Boeuf, C, Bernard S, and Bernard M 2003. An update of the Courtot x Chinese Spring intervarietal molecular marker linkage map for QTL detection for agronomic traits in wheat. Theoretical and Applied Genetics. 106, 530-538