Cette unité dépend du département Génétique et amélioration des plantes
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Contact : diragap@cirad.fr
L'UMR Agap est la résultante de la fusion de plusieurs unités de recherche sur la base de l'UMR Développement et amélioration des plantes (DAP). Afin d'élargir et étendre les approches agrophysiologiques, socio-anthropologiques et fonctionelles, nécessaires à la compréhension de la diversification des ressources génétiques méditerranéennes et tropicales, les parties Inra de l'UMR Diversité et adaptation des plantes cultivées (Dia-PC) et plusieurs unités propres Cirad sont venues joindre leurs forces à l'UMR DAP pour construire la TGU Agap.
L'unité s'organise en 14 équipes de recherche :
► Structure et évolution des génomes des plantes cultivées
L'étude couvre des niveaux de différenciation variés entre génomes constitutifs d'espèces polyploïdes (canne à sucre-bananier) ou genres proches (canne à sucre-sorgho) ou plus distants (riz-autres espèces), ainsi qu’entre familles de monocoytylédones. L’évolution des structures géniques impliquées dans les fonctions soumises à sélection détermine la diversité et la variabilité adaptative au sein de chaque espèce. Les travaux de l’équipe concernent essentiellement le bananier et la canne à sucre en s’appuyant en génomique comparative sur les études déjà réalisées sur le riz et le sorgho.
► Évaluation, gestion et valorisation des ressources génétiques
- Étude de la diversité génétique et de la dynamique évolutive de populations d'intérêt.
- Étude des influences anthropiques sur la structure de la diversité génétique.
- Analyse du DL pour la mise en place d'approche(s) de génétique d'association.
Les plantes concernées sont l’arachide, l’hévéa, le sorgho, le caféier et le cocotier. Il s’agit de définir des stratégies d’analyse de la diversité génétique, d’identifier les facteurs biologiques environnementaux et sociaux ayant conduit à la structuration actuelle de la diversité in situ et de valoriser ces connaissances en appui aux programmes de sélection.
► Génome et sélection
Génétique et génomique des caractères utiles pour la sélection et exploration de leur diversité en sélection assistée par marqueur pour la résistance aux maladies, la production et la qualité du produit. Les activités portent sur :
- Les bases génétiques de la qualité de la fibre et de la résistance aux maladies chez le cotonnier.
- Les qualités aromatiques du cacao et construction d’une résistance durable aux maladies.
- Les bases génétiques et moléculaires des caractères de production, qualité et résistance aux maladies chez le palmier à huile.
► Intégration de données
Développement d’approches innovantes pour le traitement bioinformatique des données en lien avec les projets de recherche en génomique et génétique végétale. Les travaux sont conduits suivant deux axes de recherche :
- Représentation des connaissances et intégration des données en génomique végétale. Le cœur de cet axe est l’utilisation des ontologies utiles pour l’intégration des données, leur exploitation et l’intégration de nouvelles connaissances. L’utilisation des ontologies est d’autant plus pertinente que le flot de données ne cesse d’augmenter.
- Développement de méthodes d’analyse bioinformatique des séquences génomiques végétales (chaînes de traitement automatique à haut débit, génomique comparative, diversité…).
► Virtual plants
Comprendre et modéliser le fonctionnement des méristèmes à différentes échelles, en exploitant les connaissances sur l’architecture des plantes et les nouvelles données provenant de la biologie du développement. Il faut pour cela :
- Comprendre comment les gènes contrôlent le développement des organes et des individus.
- Définir de nouveaux outils pour l’agronomie, l’amélioration des plantes et la gestion de la biodiversité.
L’équipe développe une approche de modélisation de la morphogenèse des structures végétales arborescentes et tissulaires, en partenariat étroit avec des équipes de biologie du développement. Elle a conçu de nombreux modèles et logiciels et développe la plate-forme collaborative OpenAlea en mettant l’accent sur l’architecture des plantes, l’écophysiologie et le fonctionnement des méristèmes.
► Architecture et fonctionnement des espèces fruitières
L’équipe développe ses travaux en suivant deux axes :
- Comprendre et modéliser les processus sous-jacents à l’élaboration des phénotypes et à leur fonctionnement en interaction avec l’environnement : analyse de la dynamique de mise en place de la structure résultant du fonctionnement des méristèmes végétatifs et floraux ; analyse des interactions avec les conditions environnementales.
- Étudier le déterminisme génétique des caractères architecturaux et fonctionnels : exploration de la variabilité génétique de caractères d’intérêt agronomique ; étude de la diversité de l’olivier dans l’Ouest du bassin Méditerranéen.
Éspèce d'étude : le pommier, 1ère production fruitière en Europe. Éspèces d’application : l’olivier et le manguier.
► Développement adaptatif du riz
Étude des mécanismes génétiques et moléculaires de la mise en place de l’architecture racinaire chez le riz, sa variabilité et sa plasticité adaptative avec des approches de génomique fonctionnelle, de microscopie biphotonique, de phénotypages sous stress en s’appuyant sur une excellente connaissance de la variabilité génétique de l’espèce. Les données biologiques acquises sont exploitées pour la modélisation structurale et fonctionnelle du méristème racinaire du riz.
► Développement du grain de blé
Qualité des blés et des produits qui en sont dérivés, avec une attention particulière sur l’influence de facteurs génétiques et environnementaux. L'équipe cherche à comprendre la variabilité afin de mieux la maîtriser. L’analyse suit la logique « du champ à l’assiette » et complète une approche de génomique fonctionnelle par des études de biochimie structurale et une approche novatrice en analyse de données. Les travaux sont développés suivant deux axes de recherche :
- Rôle des puroindolines dans le contrôle de la friabilité du grain.
- Biologie systémique : extraction de connaissances par analyse multiéchelle (MS-DMind).
► Biologie cellulaire et moléculaire de la réponse aux stress chez les espèces pérennes tropicales
L'équipe occupe une position leader en matière de clonage des espèces arborescentes (teck, eucalyptus, hévéa) et de biotechnologies chez l’hévéa. Elle a permis de nombreuses avancées sur les bases moléculaires et génétiques de la tolérance aux stress abiotique et biotique. Un important réseau de partenaires à l’étranger (Brésil, Congo, Malaisie, Thaïlande, Indonésie) offre l’accès à de nombreux programmes de sélection et de clonage. Son travail se fait suivant deux axes :
- Bases morphogénétiques et moléculaires des changements de phase.
- Bases moléculaires et génétique de la résistance à la sécheresse.
► Plasticité phénotypique et adaptation des monocoytylédones cultivées
L’objectif de l’équipe est de développer des connaissances, méthodologies et outils, pour améliorer l’adaptation des plantes cultivées aux contraintes environnementales. Les modèles privilégiés sont les monocotylédonées tropicales et subtropicales cultivées : céréales (riz, sorgho, mil), graminées pérennes (canne à sucre), palmacées (palmier à huile, cocotier). Les facteurs environnementaux privilégiés sont de nature abiotique. Les travaux sont développés suivant deux axes principaux et un axe transversal :
- Environnements ciblés par la sélection et stratégies d’adaptation : intégration des caractères de la plasticité dans le raisonnement agronomique (agriculture de conservation) et ajustement des itinéraires techniques.
- Contrôle GxE et diversité des caractères d’adaptation : analyse physiologique des processus de plasticité, étude des traits d’adaptation aux changements climatiques, étude des potentiels de rendement, de biomasse ou de sucre.
- Modélisation appliquée aux recherches des axes 1 et 2. L’équipe a développé plusieurs outils de modélisation, dont Ecomeristem et Ecopalm.
► Génétique et innovation variétale
L’équipe travaille sur deux plantes cibles : le riz et le sorgho. L’équipe conduit des recherches méthodologiques sur l’ingénierie de la création et de la diffusion variétale dans le cadre de projets d’amélioration variétale qui sont, par nature, des entreprises économiques visant à répondre à une demande sociale. Il s’agit de traduire les connaissances biologiques, éco-géographiques et socio-économiques en schémas et pratiques innovants de sélection et de savoir établir des partenariats avec les acteurs impliqués dans l’expression de la demande sociale et dans la construction des réponses à cette demande. L’adoption par les acteurs locaux des schémas et méthodes de sélection développés par l’équipe témoigne de l’intérêt d’investir dans ces innovations méthodologiques. L’inscription des variétés créées dans les catalogues officiels et leur diffusion effective dans ces pays (Bolivie, Brésil, Burkina Faso, Chili, Colombie, Mali, Nicaragua, Venezuela) démontre l’efficacité de ces innovations.
► Amélioration des plantes à multiplication végétative
Proposer des programmes d’amélioration variétale efficaces pour des espèces tropicales et méditerranéennes (agrumes, bananiers, cannes à sucre, plantes à racines et tubercules) pour lesquelles les stratégies d’amélioration sont rendues difficiles de par leur mode de propagation végétatif. L’équipe travaille en suivant quatre champs thématiques :
- Diversité et domestication des plantes à multiplication végétative.
- Elaboration du phénotype aux niveaux diploïde et polyploïde.
- Biologie de la reproduction et de la recombinaison.
- Stratégies et méthodes d’amélioration variétale.
► Génétique et amélioration des espèces pérennes
L’équipe développe des recherches sur des plantes à cycle long avec comme finalité l’amélioration et la création de variétés. Les espèces cibles sont l’eucalyptus et le palmier à huile et dans une moindre mesure le karité. Ces espèces se caractérisent par un stade de maturité sexuelle qui apparaît après plusieurs années de développement et un syndrome de domestication peu prononcé. Les questionnements scientifiques portent sur quatre thèmes principaux :
- Relations entre populations améliorées et formes apparentées sauvages.
- Déterminants génétiques des caractères d’intérêt agronomique.
- Réponse du matériel amélioré aux facteurs environnementaux et aux itinéraires techniques.
- Modélisation et prédiction du génotype/phénotype associant données moléculaires et phénotypiques.
► Diversité et adaptation de la vigne et des espèces méditerranéennes
Le programme de recherche de l’équipe porte sur le potentiel adaptatif des espèces méditerranéennes à un environnement en évolution rapide. L’objectif est d’aller plus loin dans la compréhension de l’architecture génétique de l’adaptation et de la réponse des plantes à leur environnement, d’identifier les mécanismes moléculaires et évolutifs impliqués dans l’adaptation sur différentes échelles de temps. L’équipe centre ses recherches sur trois modèles biologiques : la vigne, le blé dur et la luzerne (Medicago truncatula). Elle étudie trois grandes composantes de l’évolution : la dynamqiue adaptative des génomes et des populations ; les bases génétiques et fonctionnelles de l’adaptation ; la variabilité de l’élaboration des phénotypes en réponse à l’environnement. Les modèles écophysiologiques déjà disponibles sur la vigne sont adaptés aux autres espèces. L’équipe gère des collections importantes de ressources génétiques d’intérêt agronomique et dispose de matériel innovant issu de programmes de création variétale conduits ces dernières années.
Ressources d'Agap :
► Plate-forme de génotypage (GTPR-LR Génotypage)
► Plate-forme de phénotypage
► Plate-forme d'histocytologie et imagerie végétales (PHIV)
► Plate-forme internationale de génomique fonctionnelle du riz (Refuge)
► Plate-forme internationale de bioinformatique (South Green Bioinformatics Platform)
► Centre de ressources biologiques végétales de Montpellier (CRBV)
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