Développement d'un système de traçabilité génétique pour les variétés multiclonales d'épinette blanche et d'épinette noire du programme d'amélioration génétique du MRN


Le Ministère des Forêts, de la Faune et des Parcs du Québec (MFFP) a fait d'importants investissements dans la R&D afin de développer et d'optimiser les techniques d'embryogénèse somatique (ES) à plusieurs essences forestières pour la production de variétés multiclonales. L'ES est une technique de multiplication in vitro qui permet de reproduire des arbres en un très grand nombre de copies, et qui présentent des caractéristiques intéressantes pour le reboisement. Pour l'épinette blanche (EPB), une des stratégies d'amélioration du MFFP consiste à effectuer des croisements dirigés entre différents parents élites, qui a engendré la création de plus de 1500 lignées clonales à ce jour. Une lignée clonale représente un descendant du croisement et tous ses clones identiques produits par ES. Depuis 2007, ces clones ont été établis au champ où ils sont caractérisés afin d'identifier les lignées les plus adaptées et performantes. Une fois sélectionnés, ces arbres seront utilisés pour produire des variétés multiclonales destinées au reboisement. L'avantage de l'ES est qu'elle permet de canaliser 100% des avantages d'un individu sélectionné vers ses descendants clonaux. Un autre atout de l'ES est la cryoconservation à long terme des lignées clonales sous forme de tissus embryogènes entreposés dans l'azote liquide. Ainsi, une fois la sélection effectuée, les arbres sélectionnés pourront être reproduits en autant de copies désirées à partir de ces tissus. Les tissus embryogènes de toutes les lignées clonales d'EPB sont donc entreposés dans les cryobanques du MFFP en attente de la sélection des meilleures d'entre elles. Or, si l'ES permet la multiplication à grand échelle d'un individu désiré, cela implique aussi que les erreurs seront elles aussi reproduites à même échelle. Ainsi, si des lignées mal identifiées sont reboisées, les gains découlant de la sélection ne pourront se matérialiser. De plus, puisque les épinettes se développent lentement, les erreurs ne pourraient être décelées qu'après un délai de plusieurs années. L'objectif de ce projet était donc de développer un système de traçabilité génétique garantissant l'origine du matériel sélectionné et utilisant des empreintes génétiques découlant de la génomique et ce, afin de garantir l'identité génétique de la production d'épinettes par ES.

Résultats obtenus

L'EPB a été au centre de plusieurs projets de R&D en génomique au cours des dernières années. D'importantes données génomiques étaient donc déjà disponibles pour servir à la construction d'un système de traçabilité génétique. En premier lieu, le défi consistait en à identifier un jeu de marqueurs génétiques qui seraient les   plus discriminants, donc les plus utiles pour le système de traçabilité. Des simulations informatiques ont été effectuées afin de guider le choix des marqueurs devant constituer ce système. Une fois sélectionné, ce jeu de marqueurs pouvait identifier précisément les croisements d'origine des différents arbres testés au champ, c'est-à-dire de s'assurer que   les différentes lignées avaient bien les empreintes génétiques correspondant à leur pedigree présumé. De plus, ces marqueurs génétiques devaient pouvoir générer un identifiant génétique unique, i.e. un code-barres permettant de retracer les différentes lignées tout au long de la chaine de production des épinettes. Toutes les lignées clonales (1517) produites par le laboratoire d'ES au Centre de production de plants forestiers de St-Modeste du MFFP et leurs parents ont été génotypés pour le jeu de marqueurs génétiques identifiés. Dans un premier temps, le pedigree des lignées a été vérifié. Cela a permis de détecter des erreurs qui auraient eu lieu dans le passé au moment de la mise en place des premiers essais d'ES à St-Modeste. De plus, du tissu provenant des lignées embryogènes entreposées dans les cryobanques, ainsi que des arbres établis dans deux tests clonaux au champ, ont été testés. L'analyse de la distribution des erreurs a permis d'identifier la source potentielle des problèmes et d'identifier les étapes les plus sensibles aux erreurs humaines. Sur les 1517 lignées clonales analysées, 126 seulement présentaient des erreurs. Il a été établi que la plupart des problèmes survenaient au moment des croisements dirigés et que la cause principale était reliée à de la contamination pollinique. Moins du tiers des erreurs ont été produites au moment des étapes de multiplication par ES ou lors de l'établissement au champ des lignées. Enfin, l'ensemble de marqueurs sélectionnés a permis de générer une empreinte génétique unique (code à barres) pour la quasi-totalité des lignées clonales produites. Ces codes-barres pourront être utilisés au moment de la production des variétés d'EPB par ES. Puisque nous n'avons identifié qu'un faible taux d'erreurs concentrés à certaines étapes, il est suggéré d'appliquer la méthode de traçabilité génétique de façon stratégique, c'est-à-dire peu fréquemment mais à des moments clés de la production, en particulier juste après l'étape des croisements dirigés.

Retombées actuelles et prévues

Ce projet a permis d'identifier un jeu de marqueurs génétiques informatifs pour obtenir les empreintes génétiques d'un grand nombre de lignées clonales d'EPB à la fois pour valider les manipulations passées dans le programme de production de ces lignées et afin de générer un identifiant génétique unique qui pourra être utilisé dans la production future des plants à grande échelle. La méthode de sélection des marqueurs les plus discriminants utilisant des simulations informatiques pourra de plus être utilisée pour d'autres espèces telles que l'épinette noire ou le mélèze, qui sont aussi produites par ES par le MFFP. Enfin, l'utilisation de ce système de traçabilité génétique permettra de garantir l'identité des variétés utilisées en reboisement, pour s'assurer que les gains anticipés seront bien au rendez-vous au moment de la récolte des arbres dans le futur.

Chercheur responsable

Jean Bousquet, Université Laval

Équipe de recherche

  • Jean Beaulieu, Université Laval
  • Nathalie Isabel, Service canadien des forêts - Centre de Foresterie des Laurentides (CFL)
  • John Mackay, Université Laval
  • Laurence Tremblay, Ministère des Ressources naturelles et de la Faune

Année du concours

2014

Durée

2 ans

Montant

215 000 $

Partenaire financier

  • Ministère des Ressources naturelles et de la Faune

Appel de propositions

Aménagement et environnement forestiers-V