Long-read genome sequencing of bread wheat facilitates disease resistance gene cloning

La rouille jaune, une maladie dévastatrice des cultures de Blé, causée par le champignon pathogène Puccinia striiformis f. sp. Tritici, est apparue en Afrique du Sud en 1996.

Le cultivar de blé tendre sud-africain présente une résistance à la rouille jaune.

Afin de transférer ce caractère aux nouveaux cultivars en développement, plusieurs laboratoires ont travaillé conjointement à l’obtention d’un génome de haute qualité dans le but de cloner le gène déterminant la résistance à la rouille jaune.

La combinaison des technologies de séquençage haute-fidélité(PacBio), de cartographie optique de génome (Bionano) et de capture de la conformation des chromosomes (Omni-C) a permis d’obtenir un assemblage du génome du cultivar kariega de 14,7 Gb à l’échelle du chromosome.

Le séquençage de novo a tout d'abord permis d’obtenir un assemblage comprenant 5055 contigs présentant une N50 de 30,22 Mb. Ensuite la carte optique (120 cartes, N50=164 Mb) a été utilisée pour les ordonner. Le résultat est un assemblage hybride des données de séquençage et de carte optique avec 324 scaffolds et une N50 portée 204,3 Mb.

Pour la production de la carte optique de ce génome, nous avons rencontré une difficulté qui restait jusqu’alors inédite. L’extraction d’ADN de haut poids moléculaire, réalisée habituellement à partir de jeunes feuilles au CNRGV, donnait une taille de molécules relativement faible, inférieure à 150 kb. Pour y remédier, nous avons développé un protocole d'extraction à partir de racines qui nous a permis de produire les grandes molécules d’ADN indispensables à l’obtention d’une carte optique de grande qualité.

À l’aide de la séquence assemblée du génome, Cengen est parvenu, comme attendu, à cloner le gène responsable de la résistance à la rouille jaune.

Cette publication est le fruit du travail collaboratif entre University of KAUST (Michael Abrouk, Hanin Ahmed, Naveenkumar Athiyannan, Simon Krattinger) impliquant également le Cengen. Au CNRGV, ce projet a été réalisé par Stéphane Cauet, Nathalie Rodde et Caroline Callot.