Supercalculateurs en première ligne des forêts résilientes face au climat
Lorsqu’il a été introduit à la génétique forestière à l’âge de 23 ans en tant que chercheur en Inde, le Dr Om Rajora est devenu obsédé et dévoué à la recherche en génétique forestière. “Parfois, même au détriment de ma santé”, dit-il en riant.
Des décennies plus tard et à moitié monde de là, il continue toujours avec la même énergie, et plus occupé que jamais. Il dirige le laboratoire de génétique et de génomique forestière et est professeur de Génétique et Génomique Forestière à l’Université du Nouveau-Brunswick, où il s’est joint en tant que titulaire de la Chaire de recherche du Canada de niveau 1 en Génomique et Biotechnologie de la Conservation et des Forêts. Il coordonne également l’unité de recherche en Génétique Populaire, Écologique et de Conservation de l’Union Internationale pour la Recherche Forestière (IUFRO), et il a développé et publié une série de livres pionniers intitulée Population Genomics.
Grâce à son travail, Rajora cherche à révéler les secrets cachés dans les gènes de nos forêts, offrant des aperçus inédits sur la résilience, l’adaptabilité et la préservation de la biodiversité (diversité génétique) face à un monde en rapide mutation. Ses recherches ont couvert une large gamme de sujets et de domaines en génétique et génomique forestière, contribuant non seulement à la science fondamentale, mais aussi à la conservation des ressources génétiques et à la gestion durable des forêts.
L’une de ces zones de recherche implique l’analyse des gènes, de l’expression génique et des voies métaboliques des arbres dans des conditions climatiques actuelles et changeantes. Cela permet de comprendre comment les forêts réagissent aux changements environnementaux. En séquençant et analysant les gènes exprimés dans différents scénarios, Rajora vise à identifier les gènes, les processus biologiques et les fonctions moléculaires affectés par le changement climatique, y compris ceux liés à la photosynthèse et à la réponse au stress. “Par exemple”, explique-t-il, “cela pourrait nous fournir des informations sur quels traits pourraient être affectés par des niveaux élevés de CO2.”
Cependant, les obsessions de recherche et l’éthique de travail rigoureuse de Rajora ont leurs limites, et les techniques actuelles de séquençage génétique rapide ont créé la nécessité de méthodes avancées d’analyse et de stockage des données.
Dans un projet récent, Rajora et son ancien doctorant, le Dr Rajni Parmar, ont dû entreprendre une analyse génétique approfondie du transcriptome de l’épinette rouge et du génome chloroplastique, ainsi que l’identification et la caractérisation des gènes et des voies métaboliques exprimés différemment en réponse aux conditions de changement climatique. Cela a nécessité des ressources informatiques importantes. Par le passé, ils s’appuyaient sur des ordinateurs personnels pour certaines analyses, mais l’avènement du séquençage de nouvelle génération — des techniques rapides de séquençage de l’ADN/ARN — et l’accumulation de quantités massives de données ont rendu nécessaire l’utilisation de supercalculateurs ou de grappes de calculateurs. ACENET et l’Alliance de recherche numérique du Canada ont joué un rôle instrumental dans la fourniture de ces capacités.
Le Dr Serguei Vassiliev, consultant en recherche chez ACENET, a joué un rôle pivot dans cette étude. Il s’est plongé dans le projet, apprenant les bases de la bioinformatique computationnelle, installant des logiciels et créant des schémas de parallélisation pour traiter de grands problèmes simultanément. Il a également formé le groupe aux techniques computationnelles essentielles, y compris l’assemblage et l’annotation de génomes, la construction de transcriptomes, l’analyse statistique de l’expression des gènes et l’identification des réseaux d’interactions protéiques.
Les résultats furent remarquables : le temps de calcul a été réduit de semaines à heures, le groupe a acquis des compétences avancées en calcul, et ils ont publié un article dans le International Journal of Molecular Science, avec un autre en préparation. La contribution significative de Vassiliev lui a valu une co-autorisation sur la publication.
“Les connaissances fournies par cette recherche sont bénéfiques pour la communauté mondiale de la génomique végétale”, explique Rajora. Les variations observées dans l’expression des gènes éclairent les scientifiques sur les gènes qui pourraient permettre aux forêts de survivre dans des conditions adverses. Grâce à la collaboration internationale, les scientifiques peuvent regrouper leurs ressources, leurs données et leurs connaissances pour développer des solutions innovantes applicables à l’échelle mondiale face au changement climatique.