Architecture génétique de la résistance à la fusariose et à la pourriture basale du stipe chez le palmier à huile (Elaeis guineensis Jacq.)

Daval Aurélie. 2023. Architecture génétique de la résistance à la fusariose et à la pourriture basale du stipe chez le palmier à huile (Elaeis guineensis Jacq.). Montpellier : Institut Agro Montpellier, 153 p. Thèse de doctorat : Génétique et amélioration des plantes : Institut agro Montpellier

Titre anglais : Genetic architecture of resistance to Fusarium wilt and basal stem rot in oil palm (Elaeis guineensis Jacq.)

Encadrement : Bilotte, Nobert ; Tisné, Sébastien

Résumé : Le palmier à huile est la première source mondiale d'huile végétale pour la consommation humaine et pour l'industrie. Originaire d'Afrique de l'Ouest, il est cultivé majoritairement en Indonésie et en Malaisie. La production et la survie du palmier à huile peuvent être sérieusement impactées par deux maladies prédominantes, la pourriture basale du stipe causée par Ganoderma boninense (G.b.) et la fusariose causée par Fusarium oxysporum f. sp. elaeidis (F.o.E). En vue d'une réduction des pertes de rendement en huile de palme due aux maladies par la sélection de variétés hautement productives et résistantes, j'ai étudié l'architecture génétique de la résistance du palmier à huile à la fusariose et à la pourriture basale du stipe. Une méthode de cartographie de QTL basée sur l'analyse de pedigree a été définie par l'étude d'une population de palmier à huile faisant partie de la population de sélection récurrente réciproque combinant deux groupes hétérotiques A et B (GA et GB). Le degré de résistance à la pourriture basale du stipe de palmiers parentaux a été évalué sur des descendances de plein-frères inoculées en pré-pépinière par G.b. A partir des informations de pedigree, de la valeur génétique prédite par modélisation statistique et des données de génotypage SSR, un algorithme bayésien sous le logiciel FlexQTLTM a déterminé le nombre et la position des QTL les plus probables de résistance à G.b. L'effet du cumul d'allèles favorables aux QTL prédits par les données de pré-pépinière a été évalué dans une population de palmiers observés au champ pour la pourriture basale. Les palmiers ayant plus de 50% d'allèles favorables aux QTL de résistance précoce montraient une probabilité supérieure de survie à la maladie dans l'âge adulte au champ.Des études sur l'architecture génétique de la résistance à la fusariose et à la pourriture basale du stipe ont alors été réalisées selon la méthode définie précédemment en utilisant un génotypage par puce SNP 67K. Deux dispositifs d'évaluation précoce de la résistance à la maladie ont été analysés : l'un, au Bénin, portait sur la fusariose et concernait 3915 croisements GA x GB et l'autre, en Indonésie, portait sur la pourriture basale du stipe avec 3910 croisements GA × GB évalués. Deux cartes génétiques SNP ont été établies en utilisant le logiciel Lep-map3 contenant respectivement 5468 et 4664 locus SNP pour les origines Deli (GA) et La Mé (GB). Entre trois et cinq QTL ont été mis en évidence sous FlexQTLTM pour les maladies dans une population Deli et cinq et sept QTL pour une population La Mé, les architectures génétiques des deux maladies apparaissant globalement indépendantes. L'ensemble des résultats ouvre ainsi la voie d'une sélection précoce assistée par marqueurs de variétés commerciales dont la résistance à la fusariose et à la pourriture basale du stipe serait améliorée plus rapidement et moins coûteusement. Par contre, plusieurs colocalisations entre QTL de maladies et QTL connus du rendement en huile de palme indiquaient la co-ségrégation des facteurs génétiques favorables au rendement en huile de matériels sélectionnés pour une plus grande résistance aux maladies. Concernant la fusariose, 33 et 78 gènes candidats ont été identifiés sous les QTL à partir de la bibliographie et des données génomiques publiques. Pour la pourriture basale, 87 et 102 gènes candidats ont été mis en évidence par l'analyse in silico d'un transcriptome séquencé de huit croisements ségrégant en pré-pépinière pour la résistance à G.b. Les nouvelles informations obtenues dans cette thèse sur l'architecture génétique complexe de la résistance à la pourriture basale du stipe et à la fusariose du palmier à huile permettent de proposer un atlas des QTL de résistance et de tracer leurs allèles favorables dans les fonds génétiques du programme d'amélioration. Cette étude constitue un fondement pour une sélection assistée par marqueurs de variétés de palmier à huile améliorées sur la résistance à la maladie.

Résumé (autre langue) : The oil palm (Elaeis guineensis Jacq.) is the world's leading source of vegetable oil for the food sector and industry. Originating from West Africa, the oil palm is mostly cultivated in Indonesia and Malaysia. Palm oil production and survival can be seriously impacted by two main diseases, the basal stem rot caused by Ganoderma boninense (G.b.) and the Fusarium wilt caused by Fusarium oxysporum sp. Elaeidis (F.o.E). With the objective to reduce oil palm yield losses due to diseases by selecting highly productive and resistant varieties, I studied the genetic architecture of oil palm disease resistance to fusarium wilt and basal stem rot.A pedigree-based QTL-mapping approach was defined by studying an oil palm population belonging to the reciprocal recurrent selection population combining two heterotic groups A and B (GA and GB). The resistance level to basal stem rot of parental palms was assessed on full-sib progenies inoculated with G.b. in prenursery trials. The pedigree information, the genetic value predicted using statistical modeling and the SSR genotyping data were used for the QTL mapping with a Bayesian algorithm implemented in FlexQTLTM software that determined the number and position of the most likely QTL for resistance/susceptibility to G.b. The cumulative effects of the prenursery QTLwere evaluated in a population of palms observed in the field for the basal stem rot. Palms with more than 50 % of favorable alleles at disease pre-nursery resistance QTL showed a higher survival probability to the disease in the field.The genetic architecture of resistance to fusarium wilt and basal stem rot disease was studied using the method previsoulsy defined, but with a genotyping obtained with a 67K SNP chip array designed at Cirad. Two experimental setups for early screening of disease resistance were used, using disease inoculation of full-sib hybrids (GA x GB crosses) in pre-nursey trials: the first one in Benin Republic involved 3915 hybrids progenies evaluated for Fusarium wilt resistance, and the second one in Indonesia involved 3910 progenies evaluated for basal stem rot resistance. Two SNP genetic maps were produced using Lep-map3 software, with respectively 5468 and 4664 SNP loci for the Deli (GA) and La Mé (GB) populations. Three and five QTLs were identified by FlexQTLTM analyses for both diseases in the Deli population and five and seven QTLs for the La Mé population, the genetic architecture of both diseases being independent overall.These results pave the way for early markers-assisted selection of commercial varieties with improved resistance to fusarium wilt and basal stem rot more rapidly and at reduced cost. In contrast, several co-localisations between disease resistance QTLs and published oil yield related QTLs indicated the co-segregation of favorable genetic factors to oil yield from materials selected to increase the disease resistance. For the Fusarium wilt, 33 and 78 candidate genes (CGs) were identified under the Deli and La Mé QTLs from the literature and public genomic data. For the basal stem rot, 87 and 102 CGs related to the QTLs of the Deli and La Mé populations were identified by in silico analysis of a sequenced transcriptome of eight segregating crosses assessed in prenursery for resistance to G.b. The new information obtained in this thesis about the complex genetic architecture of resistance to Fusarium wilt and to basal stem rot disease in oil palm enabled constituting an atlas of resistance QTLs and their favorable alleles in major genetic backgrounds for the breeding program. This study provides a basis for marker-assisted selection of oil palm varieties improved for disease resistance.

Mots-clés Agrovoc : contrôle de maladies, résistance aux maladies, fusariose du palmier à huile, fusariose, Elaeis guineensis, résistance des plantes adultes, pourriture du pied (plante), Ganoderma, maladie des plantes

Mots-clés complémentaires : Ganoderma boninense

Classification Agris : F30 - Génétique et amélioration des plantes
H20 - Maladies des plantes

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

Projets sur financement : (FRA) Sélection de Palmiers Adaptées aux Contraintes Environnementales

Auteurs et affiliations

• Daval Aurélie, CIRAD-BIOS-UMR AGAP (FRA)

Source : Cirad-Agritrop (https://agritrop.cirad.fr/609874/)

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