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De nouveaux outils génomiques pour les arbres tropicaux

L’arbre Symphonia globulifera, très répandu dans les zones tropicales américaine et africaine, est une espèce d’arbre qui contribue à l’exceptionnelle biodiversité des forêts tropicales et représente un réservoir de molécules bioactives. Un réseau de chercheurs piloté par l’Inra et l’INIA (Espagne) a créé de nouveaux outils génomiques pour mieux comprendre son histoire évolutive et préserver, à terme, cette ressource dans un contexte de changement global. Cette démarche originale et créative contribue également à renforcer les connaissances encore lacunaires sur les écosystèmes tropicaux hyper-diversifiés. Ces résultats ont été publiés dans la revue Molecular Ecology Resources le 27 octobre 2016.

. © Inra, Myriam Heuertz
Mis à jour le 19/10/2016
Publié le 27/10/2016
Les forêts tropicales sont des réservoirs d’une exceptionnelle biodiversité à plusieurs niveaux, des gènes aux interactions entre les espèces et avec leur environnement. Les chercheurs de l’unité de recherche Biogeco (Inra – université de Bordeaux) s’intéressent à l’étude des processus évolutifs dans ces forêts, c’est-à-dire aux changements héréditaires qui permettent aux organismes de s’adapter au fil des générations à un environnement changeant. Ces travaux ont abouti au développement de nouveaux outils génomiques permettant de mieux comprendre l’évolution de l’arbre tropical Symphonia globulifera (Clusiacées), une espèce à grande valeur écologique et à distribution intercontinentale dans les forêts tropicales d’Afrique et d’Amérique. Ces nouveaux outils incluent un génome de référence très fragmenté, des marqueurs de variations nucléotidiques et des marqueurs génétiques de motifs répétés (dits microsatellites) et permettront l’étude approfondie des adaptations de ces arbres et d’autres espèces apparentées à leur milieu. Cet enjeu est particulièrement important dans le contexte d’une nécessaire conservation et gestion des ressources forestières tropicales face au changement global.
   
Racines échasses de Symphonia globulifer. © Inra, Myriam Heuertz, Biogeco
Racines échasses de Symphonia globulifer © Inra, Myriam Heuertz, Biogeco

Mieux comprendre les écosystèmes tropicaux

 L’étude des processus évolutifs est sensiblement plus difficile dans les forêts tropicales que dans les forêts tempérées. Ceci est dû à la grande complexité des écosystèmes tropicaux et aux connaissances limitées sur la taxonomie et les aires de distribution des espèces.  C’est aussi lié à la difficulté d’échantillonner de vastes étendues de forêts peu accessibles, ainsi qu’aux plus faibles financements pour la recherche sur les espèces tropicales, en comparaison avec des essences comme les chênes ou les pins, importantes pour leur production de bois en Europe. Pourtant, connaître les réponses écologiques et évolutives des forêts tropicales aux changements du climat et de l’utilisation des terres est primordial pour pouvoir prédire leur capacité de séquestration du carbone et leur contribution à la régulation du climat dans le futur. De plus, les forêts tropicales représentent des réservoirs considérables de plantes médicinales et de produits non-ligneux, par exemple, l’arbre Oxandra asbecki, source d’alcaloïdes à activité anti-Alzheimer.

     

La créativité au service de la génétique

 

Face aux moyens limités, et pour valoriser au mieux les échantillons biologiques rares d’espèces tropicales, les chercheurs ont dû élaborer une approche créative pour développer des ressources génomiques tout en économisant les précieux échantillons. Pour analyser Symphonia globulifera, arbre tropical largement présent en Amérique et Afrique tropicales, les chercheurs de l’Inra, de l’INIA (Madrid) et de l’Université de Málaga (Espagne) ont séquencé à basse profondeur le génome d’un arbre échantillonné au Cameroun, assemblant ainsi une référence génomique d’une longueur d’environ 1 Gpb (giga paires de bases) et représentant environ les 2/3 du génome. Plus de 1 000 gènes ont été annotés sur cette référence. Les chercheurs se sont ensuite servis de la séquence publiée d’un transcriptome, collection de séquences représentant les gènes exprimés dans la tige et les feuilles de deux plantules de Guyane Française. Ils ont aligné ce transcriptome contre le nouveau génome, leur permettant de découvrir des régions génétiques variables entre l’Afrique et l’Amérique par analyse bioinformatique. Cela a permis de présélectionner des motifs génétiques variables pour le développement de marqueurs sans consommer la moindre quantité d’ADN extrait disponible en faible quantité.  

L’utilisation d’ADN extrait n’a été nécessaire qu’à l’étape de validation des marqueurs au laboratoire. Ainsi, 19 des 23 marqueurs microsatellites présélectionnés ont pu être validés et utilisés pour caractériser la diversité de quatre populations de Symphonia globulifera : Brésil, Guyane Française, Île de São Tomé et Cameroun. De plus, une technique d’amplification de l’ADN génomique total a été utilisée pour cette validation. Cela a permis de n’utiliser qu’une très petite quantité d’ADN extrait original et de préserver ainsi les échantillons pour des analyses ultérieures.

      
Vue sur la forêt tropicale depuis la montagne des singes, Kourou, Guyane. © Inra, Myriam Heuertz, Biogeco
Vue sur la forêt tropicale depuis la montagne des singes, Kourou, Guyane © Inra, Myriam Heuertz, Biogeco
   
Ces nouveaux outils et connaissances seront essentiels pour étudier l’adaptation des Symphonia globulifera à leur milieu. Ils aideront également à élucider la fascinante histoire évolutive de ce genre qui, en plus de l’espèce commune étudiée, comporte également une vingtaine d’espèces endémiques à Madagascar implantées dans des niches écologiques spécifiques. Au-delà, les espèces de Symphonia constituent aussi un réservoir de molécules bioactives avec des propriétés antimicrobiennes, antivirales et antiplasmodiales très intéressantes. La connaissance d’un génome de Symphonia pourra contribuer au développement de nouveaux médicaments.

Référence scientifique

Sanna Olsson, Pedro Seoane Zonjic, Rocío Bautista, M. Gonzalo Claros, Santiago C. Gonzalez-Martinez, Ivan Scotti, Caroline Scotti-Saintagne, Olivier J. Hardy, Myriam Heuertz, 2016, « Development of genomic tools in a widespread tropical tree, Symphonia globulifera L.f.: a new low-coverage draft genome, SNP and SSR markers », Molecular Ecology Resources, DOI: 10.1111/1755-0998.12605