Le premier génome de référence de l'orge canadien : un cadeau pour les amateurs de bière

Agriculture et Agroalimentaire Canada (AAC) a dirigé le premier projet de séquençage d’une variété canadienne d’orge brassicole. Même si cela n’enthousiasme pas immédiatement le consommateur d’orge moyen, il s’agit d’un grand pas vers une meilleure orge et une meilleure bière — un pas qui vaut la peine de lever son verre!

Un tremplin pour le futur

En termes simples, un génome est le code génétique d’un organisme vivant. En comprenant le code génétique de cultures comme l’orge, les scientifiques sont mieux à même de prédire comment la culture se comportera dans différentes conditions, telles que la sécheresse ou les températures extrêmes, ou quelle sera la qualité du produit final. Les sélectionneurs de végétaux peuvent ainsi choisir des caractères favorables. Ces caractères rendent la culture plus rentable, ce qui plaît aux agriculteurs et aux consommateurs. Et cela signifie plus d’orge pour nous tous.

« Avec l’évolution des nouvelles technologies de séquençage, le processus de séquençage d’un génome entier est plus facile qu’il y a quelques années, mais l’assemblage d’un gros génome comme celui de l’orge reste compliqué », observe Wayne Xu (Ph. D.), du Centre de recherche et de développement d’AAC à Morden, au Manitoba. M. Xu est chef d’études en biologie et bioinformatique et il a dirigé l’assemblage du génome de la variété d’orge AAC Synergy. « Aujourd’hui, le problème n’est pas de générer des données de séquençage, mais de disposer d’experts en bioinformatique et de matériel informatique capables de calculer les données. »

À titre de comparaison, le séquençage du génome humain, réalisé par une équipe multinationale de chercheurs en 2002, a pris 12 ans et coûté près de 3 milliards de dollars (USD). L’assemblage du génome du blé, beaucoup plus important, a pris 14 ans et a été achevé en 2019. Grâce aux progrès de la bioinformatique, il n’a coûté que 75 millions de dollars (USD).

La collaboration internationale sur le séquençage du génome de l’orge a débuté en 2006, mais ce n’est qu’en 2019 que les travaux ont commencé à porter exclusivement sur l’une des variétés d’orge brassicole les plus plantées au Canada : AAC Synergy. Étonnamment, le séquençage et l’assemblage de cet énorme génome ont été réalisés en un an seulement!

Ce travail fait partie d’un projet de grande envergure qui étudie les génomes de l’orge et de l’avoine. Ce projet s’intitule « Targeted and Useful Genomics for Barley and Oat (travaux ciblés et utiles en génomique pour l’orge et l’avoine) », ou « tugboat ». Il est dirigé par deux scientifiques d’AAC, Nick Tinker (responsable) et Ana Badea (co-responsable).

« Non seulement cela permet à la communauté internationale des chercheurs de mieux comprendre le génome de l’orge, mais cela donne aux chercheurs et aux sélectionneurs canadiens davantage de données sur les orges adaptées au Canada. En travaillant à la fois sur l’avoine et l’orge, notre équipe en apprend davantage sur la manière d’intégrer ces informations dans les programmes de sélection, et nous faisons un meilleur usage des experts qui peuvent contribuer aux deux cultures. »

- Nick Tinker, Ph. D., chercheur scientifique

M. Tinker ajoute : « Il est important de se rappeler que les gènes sont comme des aiguilles dans la proverbiale botte de foin — et nous venons tout juste de finir de trouver la botte de foin! »

La sélection pour la bière… et aussi pour l’alimentation humaine et animale

En tant que sélectionneuse d’orge, Mme Badea se concentre sur le développement de cultivars pour l’Ouest canadien — où environ 95 % de l’orge canadienne est cultivée. Elle note que ce travail sur le génome est essentiel pour les analyses de diversité, la découverte de gènes et le développement de marqueurs moléculaires (ce qui est important pour la sélection).

Comme l’orge nord-américaine a évolué de manière distincte des variétés européennes depuis son introduction dans les années 1600, l’équipe s’attend à ce qu’il y ait de petites différences à l’échelle régionale dans la qualité de la culture et la tolérance aux facteurs de stress environnementaux. Celles-ci ne pourraient être découvertes qu’en disposant de la séquence complète de l’ADN des orges canadiennes, comme AAC Synergy, pour les comparer aux génomes d’orges d’origines différentes. Étant donné que de nombreux caractères sont contrôlés par la présence ou l’absence de gènes, le fait de n’avoir qu’un seul génome de référence signifie que les chercheurs ne trouveraient jamais ces gènes s’ils n’étaient pas présents dans ce seul génome de référence. Ces différences détaillées sont essentielles pour la sélection et le travail génétiques.

Étant donné qu’il faut normalement une dizaine d’années pour développer une nouvelle variété de culture, ces outils génomiques constituent un atout important pour garantir que les sélectionneurs sont sur la bonne voie le plus tôt possible.

« Comme AAC Synergy est une orge brassicole à haut rendement, elle permettra aux sélectionneurs canadiens d’effectuer des sélections en fonction du rendement et de la qualité du maltage dès les premiers stades du programme de sélection, ce qui pourrait augmenter considérablement les chances de développer de nouvelles variétés brassicoles de bonne qualité », explique Mme Badea.

Mais pourquoi l’orge brassicole suscite-t-elle autant d’intérêt de la part des chercheurs? C’est parce qu’elle entre dans la fabrication de la bière, et qu’elle doit posséder des caractéristiques particulières pour remplir sa fonction. Cette orge est de très grande qualité, ce qui permet aux producteurs d’obtenir le prix fort. Le Canada est connu comme un chef de file mondial de l’orge brassicole de grande qualité.

Premièrement, l’orge doit faire partie d’une poignée de variétés recommandées pour le maltage (en anglais seulement), ce qui implique des années d’analyse du maltage pour s’assurer que la variété est susceptible de produire des grains qui répondront au test de qualité. Deuxièmement, le grain doit être classé comme orge de qualité brassicole lorsque le producteur le livre à son acheteur. Au cours d’une année donnée, environ 75 % de l’orge brassicole récoltée ne répond pas aux normes de classement pour le brassage et est ensuite utilisée pour l’alimentation du bétail.

Au cours de la dernière décennie, sur l’ensemble de la consommation mondiale d’orge, environ 65 % a servi pour l’alimentation animale, environ 20 % pour l’usage industriel (qui comprend le maltage), et une petite quantité (5 %) pour l’alimentation humaine, le reste étant utilisé à d’autres fins.

Les buveurs de bière ne consacrent peut-être pas beaucoup de temps à penser aux génomes de l’orge, mais les sélectionneurs et les chercheurs ne ménagent pas leurs efforts dans ce domaine. Et cela contribue à améliorer la bière qu’ils dégusteront à l’avenir.

Principales découvertes/avantages

• Grâce au projet « tugboat », Agriculture et Agroalimentaire Canada (AAC) a dirigé le premier projet de séquençage d’une variété canadienne d’orge brassicole.
• L’un des principaux objectifs de tugboat est de développer les premières séquences complètes du génome de l’orge et de l’avoine au Canada et d’appliquer ces innovations pour accélérer la sélection classique de variétés améliorées pour les agriculteurs canadiens et les utilisateurs finaux.
• Grâce à de multiples accords avec le milieu universitaire et l’industrie, le projet est élargi pour permettre le séquençage et l’annotation d’autres génomes d’orge et d’avoine, ce qui positionnera le Canada comme un chef de file international de la « pan-génomique » (tous les gènes, variants géniques et réarrangements chromosomiques d’une espèce).

Galerie de photos

Renseignements connexes

• Ana Badea, Ph. D.
• Genome Assembly of the Canadian Two-row Malting Barley Cultivar AAC Synergy
• Grappe nationale de l’orge (en anglais seulement)
• Alliance de recherche sur les cultures commerciales du Canada
• Conseil de l’orge du Canada - La voix nationale de l’orge (en anglais seulement)
• Brewing and Malting Barley Research Institute (en anglais seulement)
• Centre technique canadien pour l’orge brassicole (en anglais seulement)