La fibre de coton est la matière première naturelle principale pour l'industrie textile, et la culture du cotonnier est à la base du développement agricole de beaucoup de pays tropicaux en voie de développement. Les types de cotonniers cultivés appartiennent à 2 espèces diploïdes (2n = 2x = 26) Gossypium arboreum et G. herbaceum, ainsi qu'à 2 espèces allotétraploïdes (2n = 4x = 52) G. hirsutum et G. barbadense. L'espèce G. hirsutum, qui représente 90% de la production mondiale, est cultivée pour ses qualités agronomiques (productivité, adaptabilité, résistance aux maladies), tandis que G. barbadense cultivée en particulier en Egypte et en Californie se caractérise par son excellente qualité de fibre.
Les outils de génétique moléculaire sont utilisés sur le cotonnier avec pour objectif principal l'amélioration de la qualité de la fibre. : amélioration des caractéristiques technologiques " classiques " et modification de certaines propriétés de la fibre. Deux thèmes de recherche sont développés:

• la sélection assistée par marqueurs exploitant un croisement interspécifique G hirsutum x G barbadense, et
• la génomique fonctionnelle en relation avec l'étude de l'expression de gènes liés au développement et à la qualité de la fibre ; et un troisième qui concerne la résistance aux insectes et aux maladies sera démarré en 2002 .
  

Le programme de sélection assistée par marqueurs a pour objectif l’introgression de QTL de qualité de fibre d’un cultivar Gossypium barbadense (var. VH8, de type Sea Island dit ELS, extra-long staple), dans un fond génétique G hirsutum (var. Guazuncho II, variété précoce et productive d’origine sud-américaine). L’approche est de type advanced-backcross QTL analysis. Ce programme s’appuie sur le développement d’une carte génétique construite à partir de l’étude de populations BC1 et BC2 (rétrocroisement sur G. hirsutum) à l’aide de marqueurs microsatellites, RFLP et AFLP.

La carte génétique du génome du cotonnier tétraploïde (AADD), qui sera publiée en 2003, est un résultat majeur de ce projet démarré en 1998. En résumé, cette carte comprend 888 locus (dont la moitié de type AFLP) organisés autour de 26 grands groupes de liaison, et elle permet une mise à jour des informations sur l’organisation chromosomique du génome du cotonnier. Vingt des 26 groupes de liaison sont assignés à des chromosomes connus, et les 13 paires homéologues comprenant un chromosome d’ascendance génomique ‘A’ et un chromosome d’ascendance génomique ‘D’ sont reconstituées grâce à l’existence de 55 marqueurs dupliqués.

Une extension de la carte est en cours, (1) suite à l’alignement des cartes BC1 et BC2 (99 loci additionnels), et (2) grâce au positionnement de nouveaux marqueurs microsatellites (analyses en cours sur plus de 200 marqueurs et 250 locus). La carte du croisement Guazuncho 2 x VH8 devrait à terme (début 2003) comprendre 1200 à 1250 locus.

Dans le cas des microsatellites, une collaboration avec deux laboratoires américains (Brookhaven Natl Lab, du Pr B Burr, et New Mexico State University de R Cantrell) a permis de mettre en commun des données de cartographie et d’ajouter une cinquantaine de locus supplémentaires sur la carte du Cirad. Le rapprochement de la carte génétique du Cirad avec les autres cartes existantes, permet d’estimer la distance totale du génome du cotonnier tétraploïde à environ 5100 cM.

Le deuxième thème consiste en l'étude de gènes exprimés au cours du développement des fibres de coton (collaboration B. Burr, Brookhaven Natl. Lab.), ainsi qu'au cours de l'élongation cellulaire chez Arabidopsis thaliana (collaboration H. Höfte, Inra Versailles). Au travers de l'identification et de la validation de gènes candidats, le but de ces recherches est l'identification de nouveaux marqueurs moléculaires situés directement dans les gènes impliqués dans la qualité des fibres et l’étude des mécanismes impliqués dans l’élaboration de la qualité.

L'exploitation des bases de données EST de fibres de coton a permis d’identifier les orthologues, chez le cotonnier, d'une vingtaine de gènes d'intérêt isolés chez A. thaliana, comme les gènes korrigan, kobito, cobra, tonneau et botero et des gènes codant pour des expansines, ATPase vacuolaires, endoxyloglucane transférases, ou facteurs de transcription Myb. De même, des amorces spécifiques pour 6 des isoformes de la sous-unité catalytique de la cellulose synthase (CesA) intervenant dans le dépôt de cellulose dans les parois primaires et secondaires ont été développées. Les amorces seront utilisées pour cartographier ces gènes afin de voir s’ils détectent ou co-localisent avec des QTL de qualité des fibres.

L'étude de l'expression différentielle de gènes entre deux espèces de cotonniers (G. hirsutum var. Guazuncho II et G. barbadense var VH8, parents de la descendance utilisée pour les études de cartographie) a été entreprise par utilisation de filtres à haute densité comportant 9000 EST de fibres (6 jours après anthèse). Cette approche a permis de mettre en évidence une centaine de gènes dont le profil d'expression varie en fonction de l'espèce étudiée. Parmi ceux-ci, une vingtaine de gènes, impliqués dans la régulation de l'expression, a été choisie pour une analyse plus détaillée. Des amorces spécifiques pour chacun d'entre eux ont été déterminées, et la validation de ces premiers résultats par des expériences de RT-PCR quantitative et de cartographie/analyse de QTL est en cours.

D’autres collaborations (K. Soliman, Alabama A&M University ; X-Y Chen, CAS-Shanghai ; Y. Zhu, Beijing University) ont permis d’avoir accès à des gènes spécifiquement (ou préférentiellement) exprimés au cours du développement des fibres de coton, qui représentent autant de gènes candidats pouvant intervenir dans l’élaboration de la qualité des fibres et qui seront également utilisés pour une analyse de QTL.

Les gènes candidats potentiellement intéressants pourront être validés par différentes approches, parmi lesquelles la transformation génétique est une méthode de choix. La transformation du cotonnier via Agrobacterium tumefaciens a été développée dans l’équipe. La méthode utilisée en routine pour la production de cotonniers transgéniques est basée sur l’utilisation d’explants d’hypocotyles. L’efficacité de la transformation peut être estimée entre 5 et 10%. Plus récemment la mise au point d’une méthode alternative utilisant le transfert de gènes dans des cellules embryonnaires a été entreprise.

Le programme de sélection assistée par marqueurs s’est mis en place en 2002 avec l’analyse de la génération BC2 (215 plantes), sur laquelle est en cours la recherche de QTL pour les caractéristiques de fibre ciblées, c’est à dire la ténacité, la finesse et certains paramètres de longueur. L’évaluation phénotypique de la génération BC2 a été faite au Brésil.

La carte génétique, mais aussi l’isolement récent de 418 nouveaux microsatellites poly-CA à partir d’une banque enrichie, projet en cours conduit en collaboration avec le Centre National de Séquençage d’Evry, et enfin l’identification de gènes candidats liés au développement de la fibre de coton, permettent au Cirad de participer à l’effort international pour la constitution d’une carte génétique davantage saturée dans le sens d’une future intégration des cartes génétique et physique. C’est dans ce cadre que le Cirad s’est associé à l’émergence récente du consortium ICGI (International Cotton Genome Initiative), en organisant en particulier un atelier international à Montpellier en juin 2001.

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