Sélection assistée par marqueurs pour l'amélioration variétale de la canne à sucre : diversité génétique et phénotypique du germplasm cultivé, association mapping et sélection génomique

Gouy Matthieu. 2013. Sélection assistée par marqueurs pour l'amélioration variétale de la canne à sucre : diversité génétique et phénotypique du germplasm cultivé, association mapping et sélection génomique. Saint Denis : Université de la Réunion, 179 p. Thèse de doctorat : Sciences : Université de la Réunion

Encadrement : Nibouche, Samuel

Résumé : La création variétale est une composante majeure de l'intensification de la culture de la canne à sucre. Cette thèse apporte de nouveaux éléments de réponse quant à l'utilisation des marqueurs moléculaires couplés aux outils statistiques dans la sélection de la canne à sucre. Les travaux se basent sur un germplasm de canne représentant la diversité mondiale cultivée. Dans un premier temps, le rendement en saccharose a été décomposé en sept composantes pour analyser leurs contributions. L'influence des fonds génétiques ancestraux a également été étudiée. Nous avons mis en évidence que les contributions des composantes varient selon l'environnement. De plus, la proportion de génome provenant du parent S. spontaneum exerce un effet sur le rendement et ses composantes qui dépend de l'environnement : en conditions de fort rayonnement et de fortes températures, ce fond génétique a un effet négatif sur le rendement en saccharose, alors qu'il n'exerce aucun effet en conditions de faible rayonnement et basses températures. Ces résultats suggèrent que les efforts d'introgression de S. spontaneum ainsi que le choix des critères de sélection doivent s'adapter selon le milieu visé. Dans un deuxième temps, une étude de génétique d'association a été réalisée sur ce germplasm pour 12 caractères d'importance agronomique. La structure génétique de ce germplasm et principalement l'apparentement entre individus crée une inflation des statistiques de tests conduisant à de nombreuses fausses associations marqueur-trait. Des modèles linéaires mixtes utilisant la matrice Q ou des composantes principales comme cofacteurs, ainsi qu'une matrice de similarité en tant que matrice de variance-covariance, permettent de maîtriser ces inflations. Des marqueurs liés au rendement en saccharose, au taux de floraison ainsi qu'à la résistance à la rouille brune ont été détectés. Dans une troisième partie, nous avons évalué l'approche de sélection génomique pour la canne à sucre. Un deuxième germplasm indépendant a été utilisé afin de réaliser des validations croisées entre les deux panels. Quatre modèles de prédiction ont été utilisés. Ces modèles donnent des résultats similaires entre-eux. Les validations croisées intra-panel ont été obtenues avec des précisions allant de 0.11 pour la résistance au charbon à 0.62 pour le brix. Les validations croisées inter-panel ont été obtenues avec des précisions allant de 0.13 à 0.55 respectivement pour ces mêmes caractères. Ces niveaux de précisions sont prometteurs en vue d'une utilisation future pour la sélection de la canne.

Résumé (autre langue) : Sugarcane breeding is a key component to intensify sugarcane based cropping systems. This thesis enlights the use of molecular markers coupled with statistical tools for sugarcane breeding. Researchs presented here focus on a sugarcane germplasm that represents the cultivated diversity worldwide. In a first step, sucrose yield was dissected into seven components in order to analyze their inter relationships. Ancestral genetic background influences were also assessed. We found that the contribution of each yield components varies according to the environment. Moreover, the estimated proportion of genome inherited from S. spontaneum had significant effects on sucrose yield and its components which vary according to the location: under high photo-thermal conditions, it exerts a negative effect on sucrose yield, while no effect was found under low photo-thermal conditions. Such results suggest that both interspecific introgression level and yield components under selection should depend from the targeted cropping environment. In a second step, this germplasm was used to perform a genome wide association mapping for 12 traits. Population stratification and family relationship inflate d test statistics for all traits, leading to numerous spurious marker-trait associations. Mixed linear models, either with Q-matrix or Principal Components added as fixed covariates, and with a co-variance matrix modeled by a Jaccard similarity matrix, allowed the control of inflation. Significant markers linked to QTL of sucrose yield, flowering rate and to rust resistance were detected. In a third step, we explored the feasibility of genomic selection on sugarcane. A second independent germplasm was used to assess cross-validations between panels. Four statistical predictive models were used, and revealed a similar accuracy of phenotype prediction. Within-panel cross-validations yielded median correlations ranging from 0.11 for smut resistance to 0.62 for brix. Cross validation between panel yielded correlations ranging from 0. 13 to 0.55 for these same traits respectively. Such level of correlations is promising for future implementations in sugarcane breeding.

Mots-clés Agrovoc : Saccharum officinarum, amélioration des plantes, variation génétique, phénotype, germoplasme, carte génétique, génomique, saccharose, rendement des cultures, caractère agronomique, marqueur génétique, facteur du milieu, lumière, température, morphologie végétale, résistance aux maladies, méthodologie, méthode statistique, charbons, Saccharum spontaneum

Mots-clés géographiques Agrovoc : La Réunion, France

Mots-clés complémentaires : Sporisorium scitamineum

Classification Agris : F30 - Génétique et amélioration des plantes
F01 - Culture des plantes
H20 - Maladies des plantes
U10 - Informatique, mathématiques et statistiques

Champ stratégique Cirad : Axe 1 (2005-2013) - Intensification écologique

Auteurs et affiliations

• Gouy Matthieu, CIRAD-BIOS-UMR PVBMT (REU)

Source : Cirad-Agritrop (https://agritrop.cirad.fr/580738/)

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