Étude du contrôle génétique de critères de qualité organoleptique et fonctionnelle des fruits chez le bananier

Biabiany Stella. 2021. Étude du contrôle génétique de critères de qualité organoleptique et fonctionnelle des fruits chez le bananier. Montpellier : Montpellier SupAgro, 222 p. Thèse de doctorat : Génétique et amélioration des plantes : Montpellier SupAgro

Encadrement : D'Hont, Angélique ; Lauri, Félicie ; Léchaudel, Mathieu ; Ricci, Sébastien

Résumé : Les caractéristiques de qualité des fruits sont directement liées à leur aptitude à la commercialisation et à l'acceptabilité par le consommateur, et sont donc des cibles clés pour les programmes de sélection des bananiers. La difficulté à combiner ces critères, notamment avec ceux de tolérance aux maladies et de rendement, limite actuellement l'adoption de nouveaux hybrides. Cette thèse a pour objectif d'explorer le contrôle génétique de caractères liés à la qualité du fruit, aussi bien organoleptique que fonctionnelle, au travers d'une étude d'héritabilité et une cartographie de QTL afin à terme de faciliter l'amélioration variétale des bananiers. Nous avons tout d'abord étudié la variabilité de trois traits de qualité organoleptiques majeurs : l'acidité de la pulpe (pH), sa fermeté (FEP) et sa teneur en matière sèche (TMS). Nous nous sommes ensuite intéressés à la variabilité du dégrain (DE), qui correspond à la force de rupture du pédoncule du fruit, en relation avec des critères de maturation du fruit. Ces critères ont été suivis sur une période de mûrissement de 7 jours et durant trois cycles de production dans une population en ségrégation de 162 bananiers diploïdes, issus du croisement P. Madu x Galéo. L'ensemble des caractères présente des niveaux de variabilité importants et de bons niveaux d'héritabilité, avec des valeurs de 0.77, 0.46, 0.81 et 0.64 pour le pH, la FEP, le TMS, et le DE, respectivement. La recherche de QTL par multiple-QTL mapping (MQM) a été réalisée sur deux cartes parentales, d'une part sur l'ensemble des données pour chaque jour de murissement afin d'étudier leur dynamique, et d'autre part sur les jeux de données spécifiques aux trois cycles de production afin d'évaluer leur stabilité. Des QTL majeurs (LOD ≥ 3, R² ≥ 15%) ont été détectés pour chacun de ces critères. Des QTL spécifiques d'un stade de mûrissement et d'un cycle de production ont été détectés en majorité, mais aussi de nombreuses zones de co-localisation de QTL. Pour certains critères, une méta- analyse a été effectuée pour confirmer ces co-localisations d'une part, et pour affiner les intervalles de confiance d'autre part. Les QTL les plus intéressants en lien avec l'acidité de la pulpe (R² = 19,3- 50,6%) et la FRP (R² = 16.9-18.9%) ont été détectés sur le LG1_7 de la carte génétique de Pisang Madu. Ce cultivar présente un fort taux d'apparentement à Cavendish, le groupe de cultivars de bananes dessert le plus cultivé au monde. Ces QTL sont situés sur le chromosome 1T7 qui est issu d'une translocation réciproque, qui est présent à l'état hétérozygote chez Pisang Madu et qui ne recombine pas sur une large partie, ce qui constitue un contexte favorable au suivi par marqueurs moléculaires. Les effets des QTL détectés devront être vérifiés dans différents fonds génétiques et environnements. Ces premiers résultats fournissent une base de réflexion intéressante pour l'optimisation des stratégies de création variétale, et pour envisager la sélection assistée par marqueurs dans les programmes d'amélioration des bananiers.

Résumé (autre langue) : Fruit quality traits are directly linked to their marketability and consumer acceptability, and are thus key targets for banana breeding programs. The difficulty to combine these criteria, especially with disease tolerance and yield, currently hampers the adoption of new hybrids. The objective of this thesis was to explore the genetic control of organoleptic and functional fruit quality traits through a heritability study and QTL mapping in order to, to facilitate banana breeding in the future. We first studied the variability of three major organoleptic quality traits : pulp acidity (pH), firmness (PF) and dry matter content (DMC). In a second step, we were interested in the variability of the fingerdrop (FD), which is determined as the fruit peduncle's rupture force, in relationship with fruit ripening criteria. These criteria were assessed over a 7-day ripening period and three production cycles in a segregating population of 162 diploid banana trees, resulting from the cross P. Madu x Galéo. All traits show significant levels of variability and good levels of heritability, with values of 0.77, 0.46, 0.81 and 0.64 for pH, FEP, TMS, and FD, respectively. Two parental genetic maps were developed using SNP markers. QTL detection by multiple-QTL mapping (MQM) was first performed on the whole dataset to analyze their dynamics. In a second step, per-cycle data were considered to evaluate the stability across production cycles. Major QTL (LOD ≥ 3, R² ≥ 15%) were detected for each criterion. We mainly observed ripening day-specific and crop cycle-specific QTL, but numerous QTL colocalizations were also detected. A meta-analysis was performed for some traits to confirm these co-localizations on one hand, and to refine confidence intervals on the other hand. The most promising QTL related to pulp acidity (R² = 19.3-50.6%) and FRP (R² = 16.9-18.9%) were located on LG1_7 on the genetic map of Pisang Madu, i.e. a parent that is closely related to Cavendish, the world's most cultivated dessert banana cultivar group. These QTL are located on a chromosome derived from a reciprocal translocation that is present in heterozygous state and does not recombine in Pisang Madu, providing a favorable context for molecular markers monitoring. QTL effects must be verified in different genetic backgrounds and different environments. These first results provide a relevant basis to optimize breeding schemes and for marker-assisted selection in banana breeding programs.

Mots-clés Agrovoc : propriété organoleptique, qualité des aliments, génétique, Musa, locus des caractères quantitatifs, amélioration des plantes, amélioration génétique, critère de sélection

Mots-clés libres : Acidité de la pulpe, Cartographie de QTL, Dégrain, Musa, Qualité des fruits, Taux de matière sèche

Classification Agris : F30 - Génétique et amélioration des plantes
Q04 - Composition des produits alimentaires

Auteurs et affiliations

• Biabiany Stella, CIRAD-BIOS-UMR AGAP (FRA)

Source : Cirad-Agritrop (https://agritrop.cirad.fr/601144/)

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