Comment utilisons-nous la génomique dans le cadre de nos recherches sur les agents phytopathogènes réglementés

Août 2019 | Agence canadienne d'inspection des aliments | par Guillaume Bilodeau et Emily Giroux

Mes enfants me demandent toujours, « papa, c’est quoi ton métier? Qu’est-ce que tu fais quand tu travailles? »

Ma réponse est simple : « Je travaille avec l’ADN. J’utilise l’ADN pour identifier les maladies des plantes. »

Alors, ils me demandent « ADN comme monsieur ADN dans le film Parc jurassique?! »

« Oui, comme monsieur ADN. J’essaie de trouver des différences dans l’ADN d’organismes pour pouvoir créer des marqueurs qui nous aideront à détecter certains champignons pathogènes précis. »

L’Agence canadienne d’inspection des aliments (ACIA) protège l’approvisionnement alimentaire ainsi que les ressources végétales et animales du Canada, notamment en s’assurant que les végétaux demeurent en santé et exempts d’organismes nuisibles. Il est beaucoup plus facile et économique de lutter contre les organismes nuisibles aux végétaux avant qu’ils ne s’établissent. La détection précoce des agents phytopathogènes exotiques représente donc un élément essentiel des activités de lutte intégrée. Les espèces envahissantes sont parfois initialement présentes en faibles densités, et nous avons besoin de méthodes de dépistage qui nous permettent de détecter ces espèces même lorsqu’elles sont présentes en petits nombres. Cette détection peut toutefois être difficile lorsque l’organisme qui cause la maladie — généralement une bactérie ou un champignon — est difficile à cultiver en laboratoire, ou ressemble à des organismes inoffensifs.

Dans le passé, nous dépendions de la morphologie pour classer et regrouper les organismes semblables. Cette approche nécessitait beaucoup de temps et d’expertise et ne permettait souvent pas de distinguer les espèces. Nous pouvons remédier à ces difficultés grâce à des techniques moléculaires qui permettent d’identifier des organismes d’après leur information génétique. Nous utilisons de plus en plus la génomique pour concevoir des marqueurs moléculaires destinés à nous aider à détecter et à assurer le suivi des organismes phytopathogènes.

Les échantillons environnementaux peuvent renfermer des communautés riches. Des centaines d’espèces peuvent être présentes dans un seul échantillon de sol. En laboratoire, nous tirons parti du fait que le génome de chaque espèce est unique. Prenons par exemple un échantillon de feuille prélevé sur un arbre infecté. Nous broyons l’échantillon pour ouvrir les cellules, de façon à ce que celles-ci libèrent leur ADN. Cet échantillon contient à la fois l’ADN de la plante et de l’organisme qui l’infecte, et nous devons donc distinguer quel fragment d’ADN appartient à chaque organisme. Les petites différences existant dans la séquence d’ADN d’une région génique commune peuvent servir de « codes barres » nous indiquant les espèces présentes dans un échantillon.

Notre façon de procéder dépend de notre objectif et du fait que nous disposions ou non de la séquence génomique de l’organisme ciblé et du code barre correspondant. S’il existe un code barre satisfaisant, nous pouvons passer directement au métacodage à barre. Nous commençons par extraire l’ADN de l’échantillon, puis faisons des copies des régions des marqueurs (codes barres courts). Après avoir isolé ces régions, nous les amplifions au moyen de la PCR pour accentuer leur signal avant le séquençage. L’échantillon à ADN amplifié est analysé au moyen d’un appareil à forte puissance nommé « séquenceur de nouvelle génération », qui permet de séquencer des millions de molécules d’ADN à la fois. Les séquences détectées par le séquenceur peuvent ensuite être comparées aux milliers de séquences qui se trouvent dans une base de données de codes à barres, afin de trouver une correspondance. Puisque cette approche fait appel à une région commune de l’ADN, nous pouvons analyser plusieurs espèces simultanément dans un échantillon.

Ainsi, le génome entier d’un organisme (génome complet) ou les génomes de nombreux organismes (métagénomes) peuvent être séquencés en quelques heures à partir d’un échantillon d’ADN. Ces technologies novatrices peuvent traiter de grands nombres d’échantillons à la fois et produire de considérables volumes de données génomiques. L’exploration du génome d’organismes nuisibles apparentés et la comparaison de ces génomes nous permettent d’élaborer des essais grâce auxquels nous pouvons distinguer des espèces cryptiques d’après leur ADN. L’information génétique recueillie à partir d’échantillons environnementaux peut aider l’ACIA à déterminer le cheminement des organismes phytopathogènes dans la nature.

Quand nous ne disposons pas déjà de la séquence génomique ou d’un code barre pour un organisme nuisible que nous voulons détecter, nous devons mettre en culture cet organisme en laboratoire et en extraire l’ADN de façon à ce que nous puissions en séquencer le génome entier. Ensuite, nous utilisons des méthodes de génomique comparative pour nous aider à trouver les régions de l’ADN de l’organisme cible qui présentent des différences par rapport à celles des organismes apparentés. Ces régions sont susceptibles de constituer des marqueurs convenables. Nous pouvons ajouter les marqueurs à notre base de données de référence. Ainsi, lorsque nous analysons des communautés biologiques ou réalisons des études environnementales rapides pour détecter des points névralgiques de maladie et assurer un suivi, les marqueurs nous permettent de détecter l’organisme nuisible.

Une fois que nous avons optimisé et validé nos codes barres sur mesure, nous les envoyons aux laboratoires de diagnostic phytosanitaire de l’ACIA pour que ceux-ci puissent analyser des échantillons prélevés sur divers produits végétaux. Les codes à barres permettent de détecter des quantités infimes d’ADN des organismes nuisibles ciblés et ainsi faciliter l’analyse des échantillons pour les laboratoires de diagnostic. À l’ACIA, nous faisons souvent appel à la génomique. Par exemple, nous avons recueilli de l’information génomique à partir de pièges à insectes installés dans le cadre de notre enquête annuelle de dépistage des insectes. En utilisant le métacodage à barres pour analyser l’ADN extrait de ces pièges, nous pouvons surveiller les organismes phytopathogènes qui voyagent sur les insectes.

La science a connu de très grandes avancées. L’évolution des technologies génomiques entraînera avec elle une amélioration de la sensibilité et de la rapidité de détection des organismes phytopathogènes. De nouveaux instruments de génomique de la taille de clés USB permettent maintenant de réaliser un séquençage de même niveau que des instruments qui étaient autrefois de la taille de réfrigérateurs. Les technologies permettant de travailler avec « monsieur ADN » sont de plus en plus faciles à utiliser, rapides et portatives. Cela nous incite à élaborer les meilleurs outils pour que l’ACIA puisse remplir son mandat en matière de protection de l’approvisionnement alimentaire ainsi que des ressources végétales et animales.


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