La canne à sucre est cultivée pour le sucre qu'elle accumule dans ses tiges. Elle est multipliée par voie végétative. Les cultivars de canne à sucre sont caractérisés par un génome très complexe. Ils appartiennent au genre Saccharum qui ne comprend que des espèces hautement polyploïdes, dont le nombre de chromosomes varie de 40 à 140. Les clones des espèces S. officinarum, S. barberi et S. sinense, cultivés initialement, ont été remplacés, dans les années 1920, par du matériel introgressé par l'espèce sauvage S. spontaneum. Depuis, les cultivars ont gardé une structure génomique hybride et aneuploïde : environ une centaine de chromosomes de S. officinarum associés avec quelques chromosomes de S. spontaneum. Depuis une dizaine d'années, nous utilisons les marqueurs moléculaires pour mieux comprendre la structure et le fonctionnement de ce génome complexe avec pour objectif de fournir aux sélectionneurs des informations et des outils utiles pour accroître l'efficacité de l'amélioration variétale.

Les RFLP ont été utilisés pour caractériser les fractions du génome dérivées de Saccharum spontaneum et de S. officinarum (Jannoo et al, 1999a) chez les cultivars et démontrer l’existence de déséquilibre de liaison, qui peut s'étendre sur des régions dépassant 10 cM (Jannoo et al, 1999b).

Les techniques de cytogénétique moléculaire ont permis de déterminer les nombres de chromosomes de base des espèces du genre Saccharum soit x=10 pour S. officinarum et S. robustum et x=8 pour S. spontaneum (D'Hont et al, 1998). Elles ont, d'autre part, permis de montrer que 15% à 25 % du génome des cultivars dérive de l'espèce sauvage S. spontaneum et que des recombinaisons interspécifiques ont lieu entre les chromosomes de cette espèce et ceux de l'espèce domestiquée S. officinarum. Cette même technique a permis de confirmer la nature hybride interspécifique entre S. officinarum et S. spontaneum des groupes taxonomiques S. barberi et S. sinense (D'Hont et al, 2002). Elles permettent d’autre part d'étudier la structure des hybrides inter générique entre Saccharum et les genres aparentés Erianthus et Miscanthus (Piperidis et al, 2000). L’analyse de la répartition de séquences répétées spécifiques dans le complexe Saccharum suggère que le genre Miscanthus est plus proche du genre Saccharum que ne l'est le genre Erianthus (Alix et al, 1998, 1999).

La cartographie du génome d'un cultivar a été entreprise. Plus de 1000 marqueurs RFLP et 900 AFLP ont été placés dans une centaine de groupes de liaison (correspondant aux chromosomes), regroupés en 10 classes d'homologie (groupes de chromosomes hom(é)ologues). Les appriements entre chromosomes, caractérisés sur la base statistique des répulsions entre groupes de liaison montrent une très large gamme de comportements, allant de l'appariement systématique entre certains chromosomes à des appariements apparemment aléatoires, en passant par des appariements préférentiels mais non systématiques (Hoarau et al, 2001).

Parmi les sondes RFLP se trouvent des gènes candidats impliqués dans le métabolisme des sucres et près de 50 analogues de gènes de résistance identifiés à partir de la base de données EST ("SUCEST") produite par le réseau de laboratoires brésiliens de l'état de Sao Paulo et placés par M Rossi dans le cadre d’un postdoc financé par la Fapesp (Fondation pour la recherche de l’état de Sao Paulo).

Les ressources moléculaires pour l'analyse du génome continuent à progresser. Une banque BAC de la variété R570 a été créée à l’Université de Clemson et a été introduite à Montpellier.

Plusieurs banques enrichies en microsatellites ont été construites. Deux cent quatre vingt huit clones contenant un microsatellite ont été séquencés dans le cadre d'un projet avec le centre national de séquençage, le Génoscope d’Evry. Cent quatre vingt onze de ces séquences ont été analysées. Une centaine de couples d’amorces ont été définis dans les séquences flanquantes des microsatellites et testées. Soixante dix d’entre eux ont été retenus et sont en cours de cartographie.

L’analyse du déterminisme génétique de composantes du rendement a été entreprise en collaboration avec le CERF à la Réunion (Hoarau et al, 2002). 184 associations marqueur-caractère indépendantes ont été détectées. L'effet de chacun des QTL varie de 3% à 7%. La valeur cumulée de ces QTL pour un caractère, avec un risque de 5^o/_oo, varie de 14% pour la teneur en sucre en 1995 à 43% pour le poids des tiges en 1996. La stabilité des QTL entre le premier essai et le deuxième essai apparaît très faible. Parmi les 101 QTL dont l'origine S. officinarum ou S. spontaneum a pu être déterminée, 74 montrent un effet allélique en accord avec l'influence attendue de l'espèce ancestrale.

Une deuxième approche est basée sur le déséquilibre de liaison en collaboration avec le WICSCBS. Ceci fait l’objet d’une thèse de S. Alleyne à l’Université des West Indies. 144 descendants issus du troisième cycle de sélection récurrente pour l’enrichissement en sucre et leurs 37 parents ont été analysés au moyen de quatre combinaisons d'amorces AFLP révélant 228 marqueurs polymorphes. 25 marqueurs présentent une différence de fréquence significative entre les parents et la descendance.

La cartographie fine d'un gène majeur de résistance à la rouille identifié en 1996 se poursuit (cf figure ci-contre). Ce gène a une efficacité très large vis à vis des souches connues du pathogène (Asnaghi et al, 2001). La comparaison des cartes de la canne à sucre, du sorgho, du maïs et du riz a permis d’identifier chez ces espèces les régions homéologues du chromosome portant le gène de résistance à la rouille chez la canne à sucre. Des sondes en ont été dérivées et cartographiées (Asnaghi et al, 2000). Ceci a permis de localiser le gène à l'extrémité d'un groupe de coségrégation constitué de 18 marqueurs RFLP. Deux pools d'ADN, correspondant à des descendants résistants et des descendants sensibles ont été comparés au moyen de marqueurs AFLP. Le gène est maintenant entouré dans un intervalle de 10 cM par 8 marqueurs AFLP, les plus proches étant situés à 1,9 et 2,2 cM. Ces marqueurs ont été clonés et cartographiés chez le sorgho ; en retour des sondes du voisinage ont permis de localiser deux sondes à 0.3 et 0,6 cM de chaque côté du gène.

Nous avons initié une marche chromosomique vers le gène à partir ces deux marqueurs les plus proches en utilisant une banque BAC de sorgho. Nous disposons aujourd'hui d'un contig couvrant la partie du génome du sorgho homologue à la région de 1 cM qui porte le gène de résistance chez la canne à sucre. La marche sur le chromosome de la canne est en cours.

Deux nouveaux projets ont récemment démarré avec le groupe de P Arruda (Université de Campinas, Brésil) : le repérage de SNP à partir de données EST produites au Brésil (Grivet et al, 2002) et le séquençage comparatif de clones BAC de S officinarum et S spontaneum extraits de la banque BAC de R570 et homologues de régions déjà séquencées chez le riz, le maïs et le sorgho, au voisinage de gènes d’alcool déshydrogénase.

L'ensemble des résultats publiés par l'équipe a été repris dans un article de synthèse (Grivet et Arruda, 2001).