L’avoine de nos cuisines : des chercheurs d’AAC contribuent à la valorisation de ce grain ancien

L’avoine est une céréale ancienne d’importance majeure qui est cultivée depuis très longtemps. Avec le blé, l’orge et le riz, elle forme un grand groupe de denrées alimentaires qui sont essentielles à la sécurité alimentaire mondiale. Ces dernières années, cette céréale connait un regain de popularité et est sur le point de devenir encore plus importante compte tenu des efforts mondiaux qui sont déployés pour nourrir une population mondiale croissante avec des aliments durables et sains.

Aux centres de recherche et de développement d’Agriculture et Agroalimentaire Canada d’Ottawa, de Brandon et de Saskatoon, les chercheurs Nicholas Tinker, Ph. D., Wubishet Bekele, Ph. D. et Yong-Bi Fu, Ph. D., en collaboration avec des partenaires de recherche, contribuent à accélérer le développement de cette culture climato-intelligente. Ils ont récemment annoncé qu’ils avaient accompli une percée mondiale, soit d’avoir créé le premier génome de référence de l’avoine, et cet accomplissement aura des incidences en amélioration de l’avoine.

Une culture unique

En plus d’être délicieuse, l’avoine présente un profil nutritionnel exceptionnel. La vedette est le bêta glucane, un composé que l’on trouve uniquement dans l’avoine. C’est un type de fibre soluble aux propriétés démontrées qui aide à gérer le cholestérol et à améliorer la santé cardiovasculaire et ne provoque pas de pic glycémique élevé après sa consommation. Comme si cela ne suffisait pas, l’avoine est riche en protéines, ne contient pas de gluten et donne une sensation de satiété de longue durée.

Malgré son statut de superaliment, l’avoine a mis du temps à attirer l’attention qu’elle mérite. Pendant des siècles, l’avoine a été cultivée principalement pour nourrir les animaux et rarement pour nourrir les humains.

Aujourd’hui, la réalité est tout autre. Les cuisiniers disposent d’un vaste choix de produits d’avoine, qu’il s’agisse de flocons d’avoine, de flocons d’avoine à cuisson rapide, d’avoine épointée ou d’autres produits. Les influenceurs en matière de santé physique sur les médias sociaux partagent leurs recettes préférées de « gruau à préparer la veille », et les baristas des centres-villes préparent des lattes végans avec du lait d’avoine mousseux.

Il ne fait aucun doute que l’avoine a le vent en poupe, et c’est grâce à la recherche et au savoir-faire agricole d’acteurs canadiens que ce mouvement est possible.

Séquençage d’un superaliment

En collaboration avec une équipe internationale de chercheurs, les scientifiques d’AAC, Tinker, Bekele et Fu, ont publié une étude d’importance historique dans la revue Nature, ayant annoncé qu’ils avaient réussi à séquencer et à caractériser le génome entier de l’avoine. Dans un article complémentaire, Tinker et Bekele ont dirigé une équipe d’AAC qui a démontré certaines des incidences du nouveau génome de référence en amélioration de l’avoine. Cette carte s’avérera extrêmement précieuse pour les sélectionneurs qui pourront l’utiliser pour améliorer leurs programmes de sélection. Mais comment cela fonctionne-t-il ?

La sélection de végétaux est aussi ancienne que l’agriculture elle-même. Dans sa forme la plus simple, elle consiste à conserver les graines des plantes les plus performantes dans l’espoir d’améliorer la qualité de la prochaine récolte. Aujourd’hui, les sélectionneurs s’appuient sur des travaux génétiques complexes qui leur permettent d’accélérer considérablement le processus de sélection. Par exemple, les chercheurs peuvent prélever un échantillon de tissu végétal et analyser son ADN, pour mesurer avec une sorte de « système de points » la probabilité que la progéniture de cette plante réponde aux normes élevées requises pour en obtenir de nouvelles variétés : des traits utiles comme de meilleurs rendements, une teneur plus élevée en protéines ou la capacité de résister à la sécheresse et à des maladies. Outre sa rapidité, cette méthode de sélection génomique est également plus fiable que l’utilisation de la seule apparence physique des plantes pour juger de leurs qualités. Lorsqu’il s’agit d’entrevoir la manière dont une plante se comportera ultimement, son apparence peut être trompeuse. Mais pour faire de la sélection assistée par marqueurs, les chercheurs doivent d’abord être en mesure de créer des profils génétiques à l’aide de fragments d’ADN à l’échelle du génome.

C’est là que les chercheurs Tinker et Bekele entrent en jeu. En collaboration avec des homologues d’AAC d’ailleurs au pays, ainsi qu’avec des chercheurs du monde entier qui effectuent des travaux sur l’avoine, l’équipe a travaillé pendant des années à analyser et à évaluer des milliers de variétés d’avoine et à cataloguer leurs profils génétiques. À l’aide d’un puissant logiciel d’analyse de séquences, ils ont élaboré une carte de liaisons consensuelle pour l’avoine, laquelle schématise grossièrement les 21 groupes de liaisons (chromosomes) de l’avoine. Grâce à cette carte, les chercheurs ont pu assembler et ordonner les séquences dans les 21 chromosomes de l’avoine du cultivar « Sang », puis publier leurs résultats dans la revue Nature.

Cette découverte offre un nouvel outil puissant aux sélectionneurs qui leur permettra d’accélérer considérablement l’obtention de nouvelles variétés d’avoine améliorées. Un cycle de sélection de céréales prend en moyenne 12 ans et repose sur un processus d’évaluation minutieux qui affine lentement chaque génération de plantes jusqu’à ce qu’il ne reste plus que la variété la plus performante. Par exemple, un chercheur ou un sélectionneur qui s’intéresse au gène de résistance à une maladie particulière, lequel est contrôlé par quelques gènes, peut identifier des marqueurs moléculaires diagnostiques dans la région chromosomique d’intérêt. Les chercheurs pourront désormais analyser l’ADN de chaque variété d’avoine dès le début du processus de sélection, en plaçant les meilleurs candidats en tête de liste pendant que la variété continue d’avancer dans le processus d’amélioration. Grâce à la percée réalisée, le processus de sélection peut être raccourci d’un an ou plus, mais point plus important encore, les sélectionneurs pourront sélectionner avec un certain degré de certitude des milieux agroclimatiques spécifiques ou des milieux futurs au cours d’une étape du programme de sélection où il n’est pas possible de cultiver dans ces milieux toutes les semences possibles.

« Comme nous l’avons indiqué dans la revue Nature et dans un article complémentaire, le partage de la séquence génomique de référence de l’avoine avec d’autres chercheurs offrira des possibilités très intéressantes, notamment pour comprendre le degré de variations chromosomiques à grande échelle du matériel génétique de l’avoine. De telles informations orienteront les futures procédures assistées par la génomique pour la sélection de parents optimaux ».

– Wubishet Bekele, Ph. D., chercheur scientifique, Agriculture et Agroalimentaire Canada

L’exploit du CRD d’Ottawa est d’autant plus remarquable que le génome de l’avoine est extrêmement complexe et sa taille fait près de quatre fois celle du génome humain. Il s’agit également d’un rare exemple d’un « génome triple » qui a évolué à partir d’une combinaison de multiples espèces sauvages apparentées pour former une chaîne de gènes massive. Ce défi de séquençage revient à faire trois grands puzzles compliqués en même temps avec les pièces de ces trois boîtes toutes mélangées ensemble! Le génome de l’avoine présente également un degré exceptionnellement élevé de variabilité génétique, ce qui indique qu’il tolère facilement des réarrangements de matériel génétique au sein de ses chromosomes, encore un résultat des croisements naturels que l’avoine a subi à l’état sauvage depuis des millénaires.

« J’ai passé la majeure partie de ma carrière à étudier la variabilité génétique de l’avoine, mais le degré de diversité génomique que nous pouvons maintenant observer dans l’avoine cultivée et sauvage dépasse toutes nos attentes. En collaboration avec une équipe internationale de scientifiques, nous sommes en train d’analyser 30 génomes d’avoines sauvages et cultivées issues de diverses parties du monde, et ces travaux font suite à ceux qui ont été présentés dans la revue Nature ».

– Nicholas Tinker, Ph. D., chercheur scientifique, Agriculture et Agroalimentaire Canada

Un renforcement de la sécurité alimentaire mondiale

Cette découverte est un pas en avant dans la course pour nourrir une population mondiale croissante avec des aliments nutritifs et durables. En plus d’être un aliment très sain, l’avoine s’avère très rassasiante (qualité appelée « degré de satiété élevé » dans le jargon des sciences de l’alimentation). Le défi de nourrir une population mondiale qui atteindra 9,7 milliards de personnes d’ici 2050, selon les estimations, réside en grande partie dans la capacité à produire plus de nourriture avec la même superficie de terres agricoles, de sorte qu’une culture comme l’avoine, qui contribue à nous nourrir le plus efficacement possible, est un réel avantage.

C’est aussi l’occasion pour l’agriculture canadienne de devenir un moteur encore plus important de notre économie. Le Canada est le premier exportateur mondial d’avoine, la majeure partie de sa production provenant de la Saskatchewan, le grand grenier des Prairies. La demande d’aliments sains qui sont produits selon des pratiques agricoles durables est en hausse, et le Canada est prêt à y répondre. L’association de producteurs d’avoine canadiens avec les chercheurs de pointe d’AAC forme une équipe de rêve pour améliorer les céréales, et cela pourrait contribuer à stimuler l’économie canadienne dans les années à venir.

Grâce au travail acharné de chercheurs dévoués d’AAC, tels que Tinker et Bekele, les producteurs canadiens peuvent bénéficier de nouvelles variétés d’avoine qui sont mieux adaptées aux changements climatiques et qui nécessitent moins d’intrants (par exemple, de l’eau et des engrais) et qui présentent de meilleurs profils nutritionnels. Et dans la plus pure tradition d’AAC, la découverte scientifique a été immédiatement mise à la disposition des chercheurs du monde entier, et cela gratuitement. Ces chercheurs peuvent maintenant utiliser la carte de référence génétique de l’avoine pour mener leurs propres programmes de sélection. Le résultat final de cette science complexe est simple : l’accroissement de la consommation d’une avoine de meilleure qualité. Cette réussite mérite d’être célébrée avec un verre de lait et un biscuit à l’avoine!

Principaux avantages

• L’équipe de recherche du CRD d’Ottawa a travaillé en étroite collaboration avec ses homologues du CRD de Brandon et des partenaires de partout dans le monde pour dresser la première carte génétique de référence de l’avoine. Cela a permis de consolider le statut du Canada en tant qu’innovateur et leader mondial dans le domaine de l’agriculture durable.
• La carte de référence génétique permettra aux sélectionneurs d’avoine d’accélérer le processus de leurs projets de recherche et d’obtenir des résultats beaucoup plus rapidement. Cela pourrait accroître les investissements dans la culture en augmentant le nombre de projets qui peuvent suivre un cycle de recherche standard de 3 à 5 ans.
• Au Canada, l’avoine est une industrie de 8 milliards de dollars et ce produit est reconnu dans le monde entier pour sa qualité supérieure. Le Canada est le premier exportateur mondial d’avoine et il est prêt à tirer parti d’investissements accrus dans cette culture majeure.

Galerie de photos