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Apple: a very high quality genome obtained (Nature Genetics June 5th, 2017)

An international consortium led by INRA and involving research scientists in France, Italy, Germany, the Netherlands and South Africa, has been able to obtain a very high quality apple genome by combining the most recent DNA sequencing technologies with classic mapping methods. Their findings provide scientists an unprecedented view of the composition and evolution of a tree genome, and offers new perspectives for the creation of new varieties, notably in order to reduce pesticide use. These results are published in Nature Genetics on 5 June 2017.

De gauche à droite un fruit de 'Golden Delicious', un fruit du double-haploïde #13 dont le génome a été séquencé, et un fruit du double-haploïde #18, génétiquement identique au #13. La différence de taille de fruits entre les deux double-haploïdes est due à des différences épigénétiques identifiées autour de gènes clés impliqués dans le développement du fruit © E. Bucher
Updated on 07/24/2017
Published on 06/06/2017
Nature Genetic, juillet 2017
Nature Genetic, juillet 2017

Apples are one of the most widely consumed fruits in the world, and 84.6 million tonnes of apples are produced each year. In order to enable the more efficient selection of new apple varieties, it is essential to gain access to a high quality genome. This will permit the genetic and epigenetic studies that are essential to identifying the key genes involved, for example, in fruit size and colour or disease resistance.

 

Based on a genetic map with a high density of markers, it was possible to assemble the genome in 17 pseudo-molecules representing the 17 chromosomes of the apple. With a total size of 649.3 Mb assembled in 280 fragments, this genome comprises 42,140 genes. 

 

Schéma représentant les 17 chromosomes du pommier ;Les liens de couleurs entre les chromosomes représentent les régions dupliquées.. © INRA, E. Bucher
Schéma représentant les 17 chromosomes du pommier ;Les liens de couleurs entre les chromosomes représentent les régions dupliquées. © INRA, E. Bucher

Rearrangements identified in the apple genome as going back 21 million years

This new genome has, for example, enabled scientists to identify important rearrangements that occurred in the apple genome about 21 million years ago. These changes may have been due to the emergence of the Tian Shan mountain range in Kazakhstan, the region where the apple originated. These geological and environmental events may have contributed to the contrasted evolution of the common ancestor of the apple and pear.

 

Epigenetic studies to understand fruit development

Using this very high quality genome, the scientists were able to conduct epigenetic studies focused on the transmission of information independently of the DNA sequence. This allowed them to demonstrate that epigenetic markers can influence fruit development through the differential expression of genes.

This genome is an essential tool for the entire community working on apple breeding, and more generally in order to acquire knowledge on genome evolution and regulation. It will also facilitate an acceleration of the creation of new and more resistant varieties that will reduce the use of pesticides, improve apple quality or adapt these varieties to environmental constraints and climate change..

Partenaires : Ce projet a été financé par la région Pays de la Loire (bourse ConnecTalent), l’Université d’Angers, l’INRA, le projet européen FruitBreedomics, la Provincia autonoma di Trento, la Max Planck Society et la Deutsche Forschungsgemeinschaft.

Publication : Nicolas Daccord, Jean-Marc Celton, Gareth Linsmith, Claude Becker, Nathalie Choisne, Elio Schijlen, Henri van de Geest, Luca Bianco, Diego Micheletti, Riccardo Velasco, Erica Adele Di Pierro, Jérôme Gouzy, D Jasper G Rees,    Philippe Guérif, Hélène Muranty, Charles-Eric Durel, François Laurens, Yves Lespinasse, Sylvain Gaillard, Sébastien Aubourg, Hadi Quesneville, Detlef Weigel, Eric van de Weg, Michela Troggio & Etienne Bucher. High-quality de novo assembly of the apple genome and methylome dynamics of early fruit development. Nature Genetics, Vol. advance online publication (05 June 2017), doi:10.1038/ng.3886

Les agents de l’UMR IRHS ayant contribué à obtenir le génome de très haute qualité, devant le pommier double haploïde ‘Golden Delicious’ ayant servi à assembler la séquence : Etienne Bucher, Sylvain Gaillard, Sébastien Aubourg, François Laurens, Jean-Pierre Renou, Jean-Marc Celton, Charles Eric Durel et Nicolas Daccord (de gauche à droite sur la photo), ainsi que Hélène Muranty, Yves Lespinasse et Philippe Guérif (absents sur la photo). © INRA, N. Mansion
Les agents de l’UMR IRHS ayant contribué à obtenir le génome de très haute qualité, devant le pommier double haploïde ‘Golden Delicious’ ayant servi à assembler la séquence : Etienne Bucher, Sylvain Gaillard, Sébastien Aubourg, François Laurens, Jean-Pierre Renou, Jean-Marc Celton, Charles Eric Durel et Nicolas Daccord (de gauche à droite sur la photo), ainsi que Hélène Muranty, Yves Lespinasse et Philippe Guérif (absents sur la photo) © INRA, N. Mansion

Website on the apple genome: https://iris.angers.inra.fr/gddh13/
Twitter: @AppleGenome

Contact(s)
Scientific contact(s):

Associated Division(s):
Plant Biology and Breeding
Associated Centre(s):
Pays de la Loire, Occitanie-Toulouse, Versailles-Grignon

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Pommier double haploïde ‘Golden Delicious’ : cet arbre, sélectionné à l'Inra à Angers par l’équipe d’Yves Lespinasse, représente une ressource formidable pour la génomique et l’épigénomique qui n'avait pas été exploitée jusqu'à présent.

Un premier séquençage du génome du pommier domestique réalisé en 2010 : un consortium international de recherche, auquel a contribué l'Inra Pays de la Loire, a réalisé le séquençage d’un premier brouillon du génome du pommier domestique (Malus  domestica) en 2010, avec le décryptage d’une séquence de 740 millions de paires de bases (plus de 50 000 gènes identifiés).
http://www.inra.fr/Entreprises-Monde-agricole/Resultats-innovation-transfert/Toutes-les-actualites/genome-pomme

Ce travail avait permis l'obtention d'une première ébauche de génome, mais qui contenait de nombreuses erreurs et ne contenait pas les portions du génome comprenant les éléments transposables, limitant son utilité pour nombre d'études génomiques et épigénétiques.