Le génome de Honeycrisp aidera les scientifiques à produire de meilleures pommes

Une équipe de chercheurs de l’Université Cornell a séquencé le génome de la pomme Honeycrisp, une aubaine pour les scientifiques et les sélectionneurs travaillant avec ce cultivar populaire et économiquement important.

Séquencé à l’aide de technologies de pointe, le génome, disponible sur une base open source accessible à tous, fournit une ressource précieuse pour comprendre la base génétique des traits importants des pommes et d’autres espèces d’arbres fruitiers, qui peuvent être utilisés pour améliorer les efforts de sélection, selon le document.

L’industrie américaine de la pomme vaut 23 milliards de dollars par an, et Honeycrisp est son cultivar le plus précieux, apportant aux producteurs environ deux fois la valeur par livre que le deuxième cultivar le plus précieux, Fuji. En raison de ses caractéristiques favorables, notamment la fraîcheur, la saveur, la résistance au froid et la résistance à la maladie fongique de la tavelure du pommier, les sélectionneurs ont utilisé Honeycrisp comme parent dans neuf nouveaux cultivars sur le marché, y compris le Snapdragon développé par l’Université Cornell.

En même temps, cultiver Honeycrisp peut être difficile.

« Bien qu’il présente de nombreux traits positifs, c’est l’un des cultivars de pomme les plus difficiles à cultiver dans le système de production dans les vergers ; il souffre de nombreux problèmes physiologiques et post-récolte », a déclaré Awais Khan, professeur agrégé à l’École des sciences végétales intégratives. à Cornell AgriTech et premier et co-auteur correspondant de l’article, « A Phased, Chromosome-scale Genome of Honeycrisp Apple », publié le mois dernier dans la revue Gigaoctet.

Pour commencer, les arbres Honeycrisp ont du mal à obtenir suffisamment de nutriments par eux-mêmes et nécessitent un programme spécifique de gestion des nutriments pour de bons rendements et une bonne santé, a déclaré Khan. Sans une telle gestion, les arbres développent généralement une « chlorose foliaire zonale », où les feuilles jaunissent et s’enroulent en raison de déséquilibres en glucides et en nutriments.

Les pommes Honeycrisp sont également sensibles à des troubles tels que la fossette amère, due à des déséquilibres en calcium, et la pourriture amère, une infection fongique. Ces problèmes sont fondamentalement génétiquement contrôlés, bien qu’une manipulation et un stockage post-récolte inappropriés puissent les aggraver.

« Si nous ne connaissons pas le génome et les gènes de Honeycrisp, nous ne pouvons pas cibler et sélectionner spécifiquement les traits favorables et sélectionner les traits défavorables par la sélection », a déclaré Khan.

Les progrès de la technologie de séquençage génétique ont permis de séquencer, d’assembler et de publier le génome de Honeycrisp en peu de temps. En général, le génome de la pomme, séquencé pour la première fois avec la variété Golden Delicious en 2010, est complexe, volumineux et hétérozygote, ce qui signifie qu’il existe de nombreuses versions de gènes spécifiques.

Il existe également de nombreuses séquences répétées dans le génome de la pomme. En 2010, lorsque le premier génome de la pomme a été publié, les technologies ne pouvaient lire que de courts fragments d’ADN à la fois, disons 150 lettres. Les scientifiques chevaucheraient alors des séquences de peut-être 50 lettres, et comme un puzzle, ils utiliseraient des programmes informatiques et des algorithmes pour faire correspondre la fin d’une lecture avec le début d’une autre. Cela leur a permis de reconstituer de plus longues chaînes d’ADN pour identifier des gènes entiers et éventuellement le génome. Mais un problème avec cette méthode est que les éléments répétés peuvent confondre le processus.

Dans cette étude, les chercheurs ont utilisé une combinaison de technologies de séquençage actuelles, appelées PacBio HiFi, Omni-C et Illumina, qui ont traduit de longues lectures de séquences génétiques.

« Nous pouvons séquencer en continu l’ensemble du plus grand fragment de la séquence d’ADN, nous n’avons donc pas ces grands défis de la biologie computationnelle ou de la bioinformatique pour assembler et trouver les séquences qui se chevauchent », a déclaré Khan.

Le séquençage à lecture longue les a également aidés à démêler le génome diploïde de la pomme ; comme les humains, les pommes ont deux ensembles de chromosomes, un de chaque parent. Les nouvelles technologies ont permis aux chercheurs de séquencer deux ensembles uniques de chromosomes, qui dans des travaux futurs pourraient être utilisés pour différencier les contributions génétiques spécifiques de chaque parent.

Grâce à ces méthodes avancées, le génome de Honeycrisp couvrait 97 % de tous les gènes codant pour les protéines. En comparaison, l’assemblage du génome Golden Delicious 2010 ne couvrait que 68 % des gènes.

Cette recherche est une collaboration entre l’Université Cornell, Alex Harkess de l’Institut HudsonAlpha de biotechnologie et de l’Université d’Auburn, et Loren Honaas, du Laboratoire de recherche sur les fruits d’arbre du Département américain de l’agriculture (USDA-ARS) à Wenatchee, Washington.