Etude de l'architecture génétique de caractères quantitatifs ches l'Eucalyptus : des marqueurs anonumes aux gènes candidats

Gion Jean-Marc. 2001. Etude de l'architecture génétique de caractères quantitatifs ches l'Eucalyptus : des marqueurs anonumes aux gènes candidats. Rennes : Université de Rennes I, 163 p. Thèse de doctorat : Mention Biologie. Ecole doctorale Vie-Agronomie-Santé : Université de Rennes I

Résumé : Dans le cadre du programme d'amélioration génétique des eucalyptus au Congo, depuis 1992, des recherches ont été engagées sur l'étude des locus impliqués dans la variation de caractères quantitatifs (QTL: Quantitative Trait Loci). Ces recherches visant à mieux connaitre la structure et le fonctionnement du génome de l'Eucalyptus pourraient permettre d'améliorer l'efficacité de la sélection grâce aux marqueurs moléculaires. Les premiers travaux réalisés à l'aide de marqueurs RAPD ont abouti à la construction de cartes génétiques saturées pour deux géniteurs d'un croisement interspécifique E. urophylla x E. grandis. Des QTL contrôlant la croissance des arbres, la forme du tronc et la densité du bois ont ensuite été localisés sur les cartes génétiques (Verhaegen et al., 1997). Avant d'envisager une sélection assistée par marqueurs, il apparaissait nécessaire d'étudier la stabilité des effets des régions génomiques impliquées dans la variation des caractères étudiés. Le travail présenté dans cette thèse avait pour objectifs: (i) d'étudier la stabilité des QTL en fonction de la maturation, du milieu et du fond génétique et (ii) de caractériser les gènes impliqués dans le contrôle de la qualité du bois et dans l'aptitude au bouturage. Les travaux de cartographie génétique du génome d'Eucalyptus ont été poursuivis et généralisés à d'autres géniteurs. Des marqueurs codominants de type microsatellites et des gènes de fonction connue ont été ajoutés aux cartes d'origine. Ces marqueurs ont confirmé la plupart des homologies entre groupes de liaison des deux espèces parentales. La cartographie génétique à partir de marqueurs RAPD pour huit autres géniteurs aura permis une première étude de cartographie comparée entre plusieurs géniteurs E. urophylla et E. grandis. Différents facteurs pouvant influencer la stabilité des QTL ont été analysés: l'âge de l'arbre jusqu'à 6 ans, l'environnement et le fond génétique. Pour cela, deux types de matériel végétal ont été utilisés: (1) le croisement élite utilisé par Verhaegen et al. (1997) pour lequel les analyses ont été poursuivies jusqu'à 6 ans. Un autre échantillon de ce croisement, planté en 1997, a permis une analyse plus fine des trois premières années de plantation, ainsi qu'une étude en fonction de l'environnement sur cette même période. (2) Des analyses ont aussi été effectuées à partir d'un plan factoriel complet 4x4, regroupant 4 géniteurs E. urophylla et 4 géniteurs E. grandis. Ces travaux montrent une instabilité des QTL avant 38 mois (âge où la sélection devient possible). Une faible variation environnementale semble avoir un effet important sur la détection de QTL sur les trois premières années de plantation (l'effet de l'environnement ayant été analysé que sur cette période). Enfin, certaines zones génomiques ont un effet commun à quelques géniteurs, mais nous n'avons pas mis en évidence de QTL communs à tous les géniteurs étudiés. Nos résultats montrent clairement qu'une sélection assistée par marqueurs avec des marqueurs anonymes de type RAPD n'est pas envisageable. Pour finir, l'approche gène candidat réalisée dans le cas de la voie de biosynthèse des lignines offre des résultats très encourageants pour la sélection d'arbres à faible teneur en lignines. En effet, des colocalisations entre QTL de teneur en lignines et des gènes de la lignification ont été clairement mises en évidence. Cette approche offre de nouvelles perspectives pour une sélection assistée par marqueurs basée non pas sur des marqueurs bordants, mais sur les gènes eux-mêmes. En effet, les problèmes liés à l'accès au génotype de différents individus, sont réduits grâce à la codominance du polymorphisme révélé par SSCP. La nécessité d'un déséquilibre de liaison entre le marqueur bordant et le QTL est contournée. Ces premiers résultats devront être validés par une étude de l'effet de ces gènes dans les populations d'amélioration, et pourraient être étendus à d'autres caractères d'intérêt.

Résumé (autre langue) : Quantitative trait loci (QTL) analyses have been conducted since 1992, within the framework of the eucalypts breeding programme. A better knowledge of the structure and functioning of the Eucalyptus genome would improve the efficiency of selection using molecular markers. Firstly, genetic linkage maps were constructed for the two parents of an E. urophylla x E. grandis hybrid progeny. QTLs for growth, wood quality and stem form were localized on these genetic maps (Verhaegen et al., 1997). The following step was to test the stability of the effects of genomic regions involved in the variation of studied traits. The objectives of the current study were : (i) to investigate QTLs stability across different ages, environments and genetic backgrounds, and (ii) to caracterize the genes involved in wood quality and vegetative propagation related traits. Genetic mapping of the Eucalyptus genome was carried out for different parents. Codominant markers such as simple sequence repeats and genes of known function were mapped on genetic maps. These markers confirmed most of the linkage group homologies between the two parental species. The genetic mapping of RAPD markers for eight parents gave a first result for compared mapping of E. urophylla and E. grandis genomes. Several factors influencing QTLs stability were analysed with respect to : the age of the tree up to 6 year old, the environment and the genetic background. Two types of genetic material were used for these analyses : (i) an elite cross and (ii) 16 progenies for a factorial mating design. The elite cross used by Verhaegen et al. (1997) was analysed over a 6 year period, and another sample of this cross planted in 1997, allowed us to analyse more precisely the first 3 years of growth, as well as the effect of environment on the QTL detection. The factorial mating design was used to compare QTLs detection for 4 E. urophylla and 4 E. grandis. These analyses revealed QTLs unstability before 38 months (age for selection). During the first 3 years of growth, QTLs stability was found to be affected by even a low level of environmental variation. Some common genomic regions had an effect on a few but not all of the parents studied. Our results established that markers assisted selection is not possible using anonymous markers such as RAPD. Finally, with regard to lignin biosynthesis, the candidate gene approach could lead to the selection of trees with low lignin content. Colocalisations between lignin content and lignification genes were detected. This approach opens up new perspectives for markers assisted selection based on genes rather than on flanking markers. The use of specific and codominant SSCP markers prevents the loss of too much molecular information while genotyping different individuals. The necessary linkage desequilibrium between marker and QTL is bypassed. These first results need to be validated by the study of genes effects within breeding populations, and could be extended to another traits of interest. (Texte integral)

Mots-clés Agrovoc : Eucalyptus, marqueur génétique, variation génétique, sélection, Eucalyptus urophylla

Classification Agris : F30 - Génétique et amélioration des plantes

Auteurs et affiliations

• Gion Jean-Marc, CIRAD-FORET-PLANTATIONS (FRA)

Source : Cirad - Agritrop (https://agritrop.cirad.fr/478837/)

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