Diversité dans le genre Saccharum et contribution au génome du cultivar de canne à sucre R570

Pompidor Nicolas. 2022. Diversité dans le genre Saccharum et contribution au génome du cultivar de canne à sucre R570. Montpellier : Institut Agro Montpellier, 177 p. Thèse de doctorat : Institut Agro Montpellier

Titre anglais : Diversity in the genus Saccharum and contribution to the genome of sugarcane cultivar R570

Encadrement : D'Hont, Angélique ; Olivier Garsmeur

Résumé : La canne à sucre (Saccharum spp.) est une culture majeure pour la production de sucre (80% de la production mondiale) et plus récemment pour la production de biocarburant ou de bioénergie. Les cultivars de canne à sucre sont hautement polyploïdes (2n = 100 à 130 chromosomes), aneuploïdes et dérivent essentiellement de croisements interspécifiques entre l'espèce domestiquée sucrée S. officinarum et l'espèce sauvage S. spontaneum. Dans le cadre de cette thèse, une première étude a concerné la caractérisation de l'origine de séries d'haplotypes homéologues (segments d'environ 100 kilobases) correspondant à deux régions du génome de R570. L'analyse de ces haplotypes a été réalisée sur la base de la comparaison de leurs SNP avec un échantillon représentatif de la diversité Saccharum. Les résultats suggèrent la présence de trois sous-génomes (A, B et C) au sein du cultivar R570 au lieu des deux attendus, avec les groupes d'haplotypes A et B qui auraient été contribués par S. officinarum et les haplotypes du groupe C par S. spontaneum. Une seconde étude a consisté en une analyse à une échelle plus globale de la diversité du genre Saccharum et de sa contribution aux génomes des cultivars modernes, en particulier le cultivar R570. Cette étude est basée sur un assemblage en cours de réalisation du génome polyploïde du cultivar R570 et de données de séquence Illumina du génome d'un panel d'accessions représentatives du genre Saccharum. Des groupes de k-mers répétés (potentiellement des segments d'éléments transposables), partagés entre certaines accessions de l'échantillon, ont été recherchés. La distribution de ces k-mers répétés a permis de différencier les espèces sauvages S. spontaneum et S. robustum, les espèces horticoles S. barberi et S. sinense et a mis en évidence des sous-groupes au sein de ces espèces ainsi que quelques accessions S. officinarum introgressées par un génome inconnu. La distribution des k-mers représentatifs des espèces et sous-groupes sur l'assemblage du génome du cultivar R570 confirme que les chromosomes de ce cultivar sont en majorité issus de l'espèce S. officinarum (77%). Cette distribution montre aussi que le cultivar R570 comporte des introgressions provenant d'au moins deux pôles de la diversité S. spontaneum (pôle Indien, 15%, et Indonésien, 7%) et du génome inconnu (1%). Enfin, des résultats très préliminaires suggèrent que les sous-génomes A et B détectés dans la première étude seraient possiblement liés à divers sous-groupes de S. robustum à partir desquels S. officinarum aurait été domestiquée.

Résumé (autre langue) : Sugarcane (Saccharum spp.) is a major crop for sugar production (80% of world production) and more recently, for biofuel or bioenergy production. Sugarcane cultivars are highly polyploid (2n = 100 to 130), aneuploid and derived from interspecific crosses, mainly between the sweet domesticated species S. officinarum and the wild species S. spontaneum. During this thesis, a first study focused on the characterization of the origin of a series of homoeologous haplotypes (segments of about 100 kilobases) corresponding to two genomic regions of cultivar R570. The analysis of these haplotypes was performed based on SNP comparison with a representative sample of the Saccharum diversity. The results suggested the presence of three subgenomes (A, B and C) within cultivar R570, instead of the expected two, with haplotypes from groups A and B contributed by S. officinarum and haplotypes from group C by S. spontaneum. A second study consisted in a more global analysis of the Saccharum genus diversity and its contribution to the genomes of modern cultivars, in particular cultivar R570. This study was based on an ongoing assembly of the polyploid genome of cultivar R570 and on Illumina whole genome sequence data from a panel of representative accessions of the genus Saccharum. Groups of repeated k-mers (potentially segments of transposable elements) shared between some accessions of the panel were searched. The distribution of these repeated k-mers allowed the differentiation of the wild species S. spontaneum and S. robustum, the horticultural species S. barberi and S. sinense. It also highlighted the existence of subgroups within these species and identified some S. officinarum accessions introgressed by an unknown genome. The distribution of k-mers representative of species and subgroups on the genome assembly of cultivar R570 confirmed that the chromosomes of cultivar R570 are mainly derived from S. officinarum (77%). This distribution also showed that cultivar R570 has introgressions from at least two different subgroups of S. spontaneum diversity (Indian, 15%, and Indonesian, 7%) and from the unknown genome (1%). Finally, very preliminary results suggested that the A and B subgenomes detected in the first study were possibly linked to various subgroups of S. robustum from which S. officinarum may have been domesticated.

Agences de financement hors UE : Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement, Université de Montpellier

Auteurs et affiliations

• Pompidor Nicolas, CIRAD-BIOS-UMR AGAP (FRA)

Source : Cirad-Agritrop (https://agritrop.cirad.fr/608458/)

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