Les génomes de tomates sauvages révèlent comment les variants structuraux et les explosions de rétrotransposons bloquent le croisement
Les espèces de tomates sauvages portent des traits génétiques précieux, tolérance à la sécheresse, résistance aux maladies, tolérance au sel, que les sélectionneurs aimeraient introduire dans les tomates cultivées. Un obstacle persistant demeure : lorsque l’on croise une tomate sauvage avec une tomate domestique, les chromosomes refusent d’échanger du matériel génétique aux endroits clés, bloquant le transfert des gènes souhaitables.
Une équipe dirigée par l’Institut Max Planck pour la recherche sur la sélection végétale à Cologne a maintenant produit les assemblages génomiques de la plus haute qualité jamais réalisés pour deux espèces de tomates sauvages, et ce faisant, a identifié les caractéristiques structurales responsables de ces barrières de recombinaison. Les résultats, publiés le 28 juin dans Nature Communications, fournissent à la fois une boîte à outils génomique et une compréhension mécaniste de la raison pour laquelle certains traits sauvages sont si difficiles à intégrer dans les tomates modernes.
Deux génomes sauvages, 146 Mbp de nouvelle séquence
Les chercheurs ont séquencé Solanum pennellii (accession LA0716, une espèce résistante au stress de la région andine) et Solanum cheesmaniae (LA1039, une espèce tolérante au sel des îles Galápagos) en utilisant une combinaison de lectures PacBio HiFi (haute précision, ~20 kb) et de lectures ultralongues Oxford Nanopore (jusqu’à ~200 kb), échafaudées avec des données de conformation chromatinienne Omni-C.
Les assemblages résultants établissent une nouvelle référence pour les génomes de parents sauvages de la tomate : tous deux ont atteint une complétude BUSCO supérieure à 98 %, des valeurs de qualité Merqury supérieures à 69 et des scores LAI supérieurs à 14. L’assemblage de S. pennellii, à 1 109 Mbp sur 12 chromosomes, a ajouté 145,9 Mbp (~146 Mbp) de séquence par rapport à la référence précédente, comblant plus de 41 000 lacunes et assemblant de nouvelles inversions sur les chromosomes 3, 6, 7 et 8 qui étaient auparavant manquées. L’assemblage de S. cheesmaniae a atteint 862 Mbp.
L’auteur correspondant Charles J. Underwood, qui détient des affiliations à l’Institut Max Planck et à l’Université Radboud, a déclaré que l’amélioration est dramatique : « Ce que nous avions auparavant pour S. pennellii était essentiellement une ébauche. Nous avons maintenant un assemblage de référence qui nous permet de voir exactement où et comment les génomes sauvages et cultivés diffèrent. »
L’explosion du rétrotransposon Tekay
L’une des découvertes les plus frappantes est la différence de contenu en éléments transposables entre les tomates sauvages et cultivées. Le contenu total en ET atteint ~65 % chez S. pennellii contre environ 55 % chez les tomates cultivées. La lignée la plus active dans tout le clade de la tomate est la famille Tekay des rétrotransposons LTR Ty3/Gypsy.
S. pennellii porte environ 3 200 éléments Tekay, plus du double du nombre chez les tomates cultivées (1 261–1 380). Le regroupement phylogénétique des séquences d’intégrase a confirmé que des explosions indépendantes de Tekay se sont produites chez S. pennellii et chez S. peruvianum, une autre espèce sauvage. Ces expansions de répétitions sont également récentes : les rétrotransposons LTR chez les tomates sauvages sont plus jeunes et plus récemment intégrés que leurs homologues cultivés.
Notablement, les chercheurs ont constaté que les gènes IPT (biosynthèse des cytokinines) sont significativement enrichis près des éléments Tekay chez S. pennellii (p = 1,96 × 10⁻¹⁵), suggérant que ces insertions de rétrotransposons sauvages pourraient avoir des effets régulateurs sur les voies hormonales liées au stress, une cible potentielle pour la sélection de la résilience au stress.
Inversions et points froids de recombinaison
Pour comprendre comment ces caractéristiques structurales affectent la sélection, l’équipe a généré des données de séquençage du génome entier à partir de 709 plantes recombinantes issues de trois populations de rétrocroisement hybride : S. pennellii × tomate cultivée, S. cheesmaniae × tomate cultivée, et un croisement intraspécifique cultivé × cultivé.
Le résultat : ~64 % du génome (529 Mbp) est composé de points froids de recombinaison, des régions où les crossing-overs se produisent rarement ou jamais. Ces points froids sont conservés chez les trois hybrides et sont entraînés par trois facteurs :
1. Inversions à l’échelle du mégabase, des régions où le segment chromosomique est inversé par rapport à l’autre parent, rendant le crossing-over physiquement impossible. L’équipe a identifié 202 inversions totalisant >200 Mbp entre S. lycopersicum et S. pennellii, y compris des inversions nouvellement découvertes de 4,7 Mbp, 2,2 Mbp, 7,1 Mbp et environ 20 Mbp.
2. Polymorphismes d’insertion-délétion, de longues étendues de séquence présentes chez une espèce mais absentes chez l’autre perturbent l’appariement homologue pendant la méiose.
3. Répétitions péricentromériques, des grappes denses de rétrotransposons Gypsy/Copia autour des centromères qui suppriment l’initiation du crossing-over.
Hétérochasie : un résultat pratique pour les sélectionneurs
Un résultat d’une pertinence pratique immédiate : les populations de rétrocroisement femelles ont montré 28 à 36 % de crossing-overs en plus que les populations mâles chez les trois hybrides. Cela signifie que l’utilisation du côté femelle comme parent récurrent dans les croisements interspécifiques pourrait augmenter considérablement la chance de briser le linkage drag, les associations génétiques indésirables qui accompagnent un trait sauvage désiré.
« Ce n’est pas quelque chose que les sélectionneurs ont pu prendre en compte sans informations génomiques détaillées », a déclaré le premier auteur Willem van Rens. « Nous savons maintenant que la direction du croisement est importante, et elle l’est beaucoup. »
Ce que cela signifie pour la sélection de la tomate
La combinaison triple des variants structuraux, des expansions de répétitions et des points froids conservés explique une énigme de longue date dans l’amélioration de la tomate : pourquoi certains traits de tolérance au stress et de résistance aux maladies provenant de parents sauvages ont été presque impossibles à introgresser dans les variétés élites par rétrocroisement traditionnel.
Les assemblages de haute qualité permettent désormais de suivre les introgressions sauvages avec une précision à une seule base, de concevoir des marqueurs qui ciblent, ou évitent, des inversions spécifiques, et d’exploiter l’avantage du crossing-over femelle. Pour les quelque 146 Mbp de séquence génétique sauvage nouvellement accessible, le goulot d’étranglement de la sélection passe de « pouvons-nous la voir ? » à « pouvons-nous la débloquer ? ».
Sources :
1. van Rens, W.M.J., Fuentes, R.R., Zangishei, Z., Primetis, E. et al. “Wild tomato genome assemblies reveal structural variants and repeat content act as recombination barriers.” Nature Communications 17, 5590 (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-74784-5
2. Max Planck Institute for Plant Breeding Research. Communiqué de presse, 28 juin 2026.
Traduit par Lydie