France
11 September 2026
Research teams from INRAE, the University of Clermont Auvergne and the CNRS have reconstructed 10 ancient genomes (paleogenomes) that are the common ancestors of 84 botanical species of agronomic interest. Their work makes it possible to identify particular genes, shared across different species of plants and retained throughout their evolutionary history, that might play a key role in adapting to environmental constraints such as drought. The comparative study, which focuses on wheat and barley genes, has enabled the identification of around a hundred variants of genes that have been key to helping these crops to adapt to changes in climate across the 10,000-year history of their domestication and selection by humans. The teams have developed two open-access tools for scientists and plant breeders. The results, published in Molecular Plant and Nature Plants, open up new avenues for varietal selection programmes now faced with the challenge of adaptation to a changing climate.
Varietal selection in response to climate change: possible solutions could lie in the history of wheat and barley genes © INRAE - Gerard Paillard
Reconstructing the ancestral ‘founder’ genes of modern plants
Plants of different species share common genes that could be important in driving adaptation to specific environmental constraints. The teams set out to discover how knowledge of a gene’s role in one species could be applied to the study of another species of interest for plant breeding. They analysed and compared 84 genomes from modern flowering plants that are representative of cultivated plants across the world. This allowed them to reconstruct 10 ancestral paleogenomes over 200 million years old that can be described as the ‘founder’ genes for modern species. These paleogenomes make it possible to identify genes that have conserved a shared genomic ancestral context and the same biological function, meaning that they could still contribute today to traits or processes across different species. Such genes potentially drive the development of traits of interest for modern agricultural challenges, such as drought tolerance or flowering dates. Beyond the identification of genes of major agronomic interest, the reconstruction of paleogenomes also brings key knowledge on the evolutionary history of plants. In particular, it has enabled the team to establish the timing of the emergence of the major botanical families, and has allowed them to retrace key evolutionary trajectories, for example, those leading to divergence between aquatic and terrestrial plants, between herbaceous and woody species, between C3 and C4 species, and between modulator and non-modulator species.
Genes from over 1000 varieties of wheat and barley compared
Wheat and barley were selected as the focus of the study, both being grain crops of major agronomic interest. They figure among the earliest crops to have been domesticated over 10,000 years ago in the Fertile Crescent. These two cereals supported the emergence of agriculture, displaying considerable parallels in both their historical timelines and the environmental conditions under which they have been cultivated by humans, making them highly relevant to the analysis and comparison of key retained genes. The researchers studied and compared 1,420 modern varieties representative of the global genetic diversity of wheat and barley, along with the remains of ancient wheat from 5,000 years ago. This enabled them to identify the genetic variants that had been retained by both species in the course of their historical evolution. In wheat, the team validated the role of three known genes from other species, two of which affect yield and flowering date, respectively, while the third is implicated in epigenetic regulation (potentially modulating gene activation). Comparison of the paleogenomes shared by these species provided information on both the retained genes and the selected adaptive genes in wheat and barley populations that have evolved under similar climate constraints, requiring them to adapt to similar environments in the course of ten millennia of domestication and selection by humankind. The identification of these variants opens up new avenues for varietal selection programmes, particularly in the context of agricultural adaptation to climate change.
Two open access tools to compare and identify genes of interest in cultivated plants
Dans le cadre de ces travaux, deux outils informatiques en accès libre et gratuits, exploitables par la communauté scientifique et les sélectionneurs privés, ont été développés. Le premier, nommé AGR (Ancestral genome reconstruction), permet la comparaison de génomes de plantes modernes et la reconstruction de paléogénomes fondateurs disparus délivrant un répertoire expertisé de gènes conservés entre espèces. Le second, OrthoViewer, est une base de données d’accès à ces gènes conservés pour 84 espèces de plantes d’intérêt agronomique, intégrant 1 142 gènes décrits dans la littérature scientifique pour leur fonction biologique et leur intérêt agronomique. Ce catalogue de gènes conservés permet de comparer, entre espèces, les données de diversité génétique disponibles à l’échelle mondiale et d’identifier des variants génétiques adaptatifs sélectionnés conjointement chez différentes espèces et ayant un potentiel intérêt pour la sélection variétale.
UA method that can be applied to multiple species of agronomic interest
The workflow described in this study on wheat and barley can be applied to all plant types, being based on the founding paleogenomes of 84 plant species from many botanical families, including crop species currently in cultivation. The teams are continuing their work on these paleogenomes, seeking to identify genes of interest, with a particular focus on genetic variants with retained adaptive functions in wheat, barley, rice, maize and sorghum.
‘Understanding how genetic variants have evolved in the course of the domestication and selection of plant and animal species of agricultural interest enables us to identify those that have been selected across species in environments with the same climate constraints, and that are of interest for the selection of genotypes adapted to the current challenges of climate change and of the agro-ecological transition.’
Jérome Salse, Research Director at INRAE
References
Siguret C. et al. (2026). Reconstruction of ancestral plant genomes for inter-crop translational research. Molecular Plant, 19:1-19. doi.org/10.1016/j.molp.2026.06.012
Sow M.D. et al. (2025). Striking convergent selection history of wheat and barley and its potential for breeding. Nat Plants., 11 (11):2268-2285. doi: 10.1038/s41477-025-02128-0
This study has received funding as part of the Auvergne-Rhône-Alpes Region’s PaleoLAB project, from the FEDER fund, the Carnot Plant2Pro, SyntenyViewer and OrthoBreeding projects, the ANR PAGE and ArkaeoAG projects, the ISITE CAP2025 TransBlé project, the Agroecology and Digital Technology PEPR’s BReIF and AgroDIV projects, and the European WHEALBI project (WHEAt and barley Legacy for Breeding Improvement).
Sélection variétale face au changement climatique : de nouvelles pistes grâce à l’histoire des gènes du blé et de l’orge
Des équipes de recherche d’INRAE, de l’université Clermont Auvergne et du CNRS ont reconstitué 10 génomes anciens, des paléogénomes, d’ancêtres communs de 84 espèces de plantes d’intérêt agronomique. L’étude de ces paléogénomes permet d’identifier des gènes communs aux différentes espèces qui ont été conservés au cours de l’évolution et ont potentiellement un rôle clé dans l’adaptation à des contraintes environnementales comme la sécheresse. L’étude comparative, en particulier des gènes du blé et de l’orge, a permis d’identifier une centaine de variants de gènes ayant des rôles clés dans l’adaptation de ces plantes cultivées à différents climats au cours de leurs 10 000 ans de domestication et de sélection par l’humain. Les scientifiques ont développé 2 outils en accès libre à destination des scientifiques et des sélectionneurs. Ces résultats, publiés dans Molecular plant et Nature plants, ouvrent de nouvelles pistes pour les programmes de sélection variétale dans le cadre de l’adaptation au changement climatique.
Reconstruction des génomes ancestraux fondateurs des plantes modernes
Les plantes d’espèces différentes partagent des gènes communs qui peuvent avoir une importance dans l’adaptation à des contraintes environnementales particulières. Les scientifiques se sont demandés comment exploiter les connaissances sur le rôle connu d’un gène dans une espèce particulière chez une autre espèce d’intérêt pour la sélection variétale. Ils ont analysé et comparé 84 génomes d’espèces de plantes à fleurs actuelles, représentatives des familles de plantes cultivées dans le monde. Cela leur a permis de reconstituer 10 paléogénomes d’ancêtres remontant à plus de 200 millions d’années, fondateurs des espèces actuelles. Ces paléogénomes permettent d’identifier les gènes ayant conservé le même contexte génomique ancestral ainsi que la même fonction biologique et donc potentiellement impliqués aujourd’hui dans des caractéristiques ou processus similaires entre les différentes espèces. Ces gènes pilotent potentiellement des caractères d'intérêt pour les défis actuels de l’agriculture comme la tolérance à la sécheresse ou la date de floraison. Outre l’identification de gènes ayant un intérêt agronomique majeur, la reconstitution des paléogénomes apporte également des connaissances fondamentales sur l’histoire évolutive des plantes et a permis notamment d’identifier les dates d’émergence des principales familles botaniques ou de retracer les trajectoires évolutives clés comme celles à l’origine de la divergence entre espèces de plantes aquatiques et terrestres ou herbacées et ligneuses.
Comparaison des gènes de plus de 1 000 variétés de blé et d’orge
Les auteurs se sont intéressés plus particulièrement au blé et à l’orge, deux céréales d’intérêt agronomique majeur. Elles ont la particularité d’avoir été les premières domestiquées il y a plus de 10 000 ans dans le croissant fertile. Ces deux espèces sont à la base de la naissance de l’agriculture et ont été cultivées par l’humain aux mêmes périodes et dans les mêmes conditions environnementales, elles sont donc très pertinentes pour analyser et comparer les gènes conservés au sein des deux espèces. Les scientifiques ont étudié et comparé 1 420 variétés modernes couvrant la diversité génétique mondiale du blé et de l’orge ainsi que des vestiges de blés anciens datant de 5 000 ans. Ils ont pu identifier des variants génétiques sélectionnés conjointement au cours de l’histoire évolutive de ces 2 espèces. Les auteurs ont validé chez le blé le rôle de 3 gènes connus chez d’autres espèces : un gène ayant un impact sur le rendement, un gène influant sur la date de floraison et un gène impliqué dans la régulation épigénétique, c’est-à-dire la modulation de l’activation des gènes. L’étude des paléogénomes entre ces espèces délivre non seulement les gènes qui sont conservés mais aussi les variants adaptatifs qui ont été sélectionnés dans les populations de blé et d’orge ayant évolué dans des contraintes climatiques similaires, et donc s’étant adaptées à des environnements similaires pendant 10 000 ans de domestication et de sélection par l’humain. L’identification de ces variants ouvre de nouvelles pistes pour les programmes de sélection variétale, en particulier dans le cadre de l’adaptation de l’agriculture au changement climatique.
2 outils en accès libre pour comparer et identifier des gènes d’intérêt chez les plantes cultivées
Dans le cadre de ces travaux, deux outils informatiques en accès libre et gratuits, exploitables par la communauté scientifique et les sélectionneurs privés, ont été développés. Le premier, nommé AGR (Ancestral genome reconstruction), permet la comparaison de génomes de plantes modernes et la reconstruction de paléogénomes fondateurs disparus délivrant un répertoire expertisé de gènes conservés entre espèces. Le second, OrthoViewer, est une base de données d’accès à ces gènes conservés pour 84 espèces de plantes d’intérêt agronomique, intégrant 1 142 gènes décrits dans la littérature scientifique pour leur fonction biologique et leur intérêt agronomique. Ce catalogue de gènes conservés permet de comparer, entre espèces, les données de diversité génétique disponibles à l’échelle mondiale et d’identifier des variants génétiques adaptatifs sélectionnés conjointement chez différentes espèces et ayant un potentiel intérêt pour la sélection variétale.
Une démarche applicable à de multiples espèces d’intérêt agronomique
La démarche décrite dans cette étude sur le blé et l’orge peut s’appliquer à tout type de plantes à partir des paléogénomes fondateurs de 84 espèces de plantes couvrant de nombreuses familles botaniques, dont celles des principales plantes cultivées. Les scientifiques poursuivent leur étude des paléogénomes pour identifier des gènes d’intérêt, et plus particulièrement des variants génétiques adaptatifs conservés entre le blé, l’orge, le riz, le maïs et le sorgho.
« Comprendre l’évolution des variants génétiques au cours de la domestication et de la sélection des espèces végétales et animales d’intérêt pour l’agriculture permet d’identifier ceux sélectionnés conjointement entre espèces dans des environnements soumis aux mêmes contraintes climatiques qui sont d’intérêt pour la sélection de génotypes adaptés aux enjeux du changement climatique et de la transition agroécologique. »
Jérôme Salse, directeur de recherche INRAE.
Références
Siguret C. et al. (2026). Reconstruction of ancestral plant genomes for inter-crop translational research. Molecular Plant, 19:1-19. doi.org/10.1016/j.molp.2026.06.012
Sow M.D. et al. (2025). Striking convergent selection history of wheat and barley and its potential for breeding. Nat Plants., 11 (11):2268-2285. doi: 10.1038/s41477-025-02128-0
Cette étude a bénéficié de financements du projet PaleoLAB de la région Auvergne-Rhône-Alpes et du fond FEDER, des projets Carnot Plant2Pro SyntenyViewer et OrthoBreeding, des projets ANR PAGE et ArkaeoAG, du projet TransBlé de l’ISITE CAP2025, des projets BReIF et AgroDIV du PEPR Agroécologie et numérique et du projet Européen Whealbi (WHEAt and barley Legacy for Breeding Improvement).
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