Influence of micropropagation through somatic embryogenesis on somaclonal variation in coffee (Coffea arabica): assessment of variations at the phenotypical, cytological, genetic and epigenetic level

Bodadilla Landey Roberto. 2013. Influence of micropropagation through somatic embryogenesis on somaclonal variation in coffee (Coffea arabica): assessment of variations at the phenotypical, cytological, genetic and epigenetic level. Montpellier : UM2, 186 p. Thèse de doctorat : Systèmes intégrés en biologie, agronomie, géosciences, hydrosciences et environnement (SIBAGHE). Biologie intégrative des plantes : Université Montpellier 2

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Titre français : Influence de la micro-propagation par embryogenèse somatique sur la variation somaclonale chez le caféier (Coffea arabica) : évaluation des changements au niveau phénotypique, cytologique, génétique et épigénique

Encadrement : Etienne, Hervé

Résumé : La variation somaclonale (VS) est une préoccupation majeure de tous les systèmes de micropropagation. Elle est décrite comme un changement phénotypique présent chez les vitroplants et pourrait être générée par une large gamme de mécanismes génétique et épigénétiques. Des hybrides de Coffea arabica hautement productifs sont distribuées sous forme clonale par embryogenèse somatique (ES) en Meso-Amérique. L'objectif de ce travail chez le caféier est d'évaluer la conformité génétique des plants multipliés par ES (somaplants), de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans les SV et finalement d'optimiser les conditions de culture. Nous avons évalué les variations dans les plantes régénérées au niveau phénotypique, cytologique (comptage de chromosomes), génétique (mutations/marqueurs AFLPs, réactivation d'éléments transposables/ marqueurs S-SAP) et épigénétique (méthylation/marqueurs MSAP) en utilisant deux approches complémentaires. Tout d'abord, nous avons étudié chez deux hybrides des conditions de cultures industrielles supposées peu mutagènes grâce à l'utilisation combinée d'une courte période de prolifération (6 mois) et d'un faible apporte en auxine (0-1.4 ?M 2,4-D). Deux systèmes de prolifération i.e. l'embryogenèse secondaire et les suspensions embryogènes seront comparés, le dernier étant plus productif et économique. Les analyses moléculaires AFLP et MSAP sur 145 somaplants montrent que les polymorphismes génétique et épigénétique entre plantes mères et somaplants sont extrêmement réduits, i.e. dans l'intervalle 0-0,003% et 0,07-0,18% respectivement, sans différence significative entre les systèmes de prolifération. Aucun somaplant ne cumule plus de 3 polymorphismes de méthylation. Pour les deux hybrides testés, des observations phénotypiques massives en pépinière et au champ ont révélé de très faibles niveaux de VS (0,9% pour 800.000 plantes). Des analyses cytologiques ont mis en évidence des nombres de chromosomes anormaux (41-43, 45) chez la plupart des variants et des nombres normaux (44) chez les plants ayant un phénotype normal. Des conditions expérimentales a priori mutagènes ont également été appliquées en utilisant des périodes de prolifération prolongées (4, 12 et 27 mois) chez trois lignées embryogènes indépendantes de la variété Caturra en présence de concentrations élevées en régulateurs de croissance (4.5 ?M 2,4-D, 17.8 ?M 6-BA), afin de comprendre les mécanismes liés vieillissement des cultures interviennent sur les VS. L'étude des 180 somaplants régénérés a montré que le temps de prolifération affecte fortement la fréquence de VS et d'une manière hautement similaire pour les 3 lignées embryogènes. Aucun variant n'a été trouvé après 4 mois de prolifération alors que 30% et 94% de variants phénotypiques ont été caractérisés chez les plants issus de cultures de 12 et 27 mois, respectivement. Quels que soient l'âge de culture et la lignée embryogène, aucun polymorphisme n'a été trouvé chez les 124 somaplants analysés que ce soit avec les marqueurs AFLP, ou même S-SAP en étudiant 13 éléments transposables appartenant à plusieurs familles, et des polymorphismes très faibles ont été trouvés dans les profils de méthylation avec les MSAP (0,049-0,087%). Cependant, de façon similaire aux somaplants produits en conditions industrielles, les variants phénotypiques montrent systématiquement des nombres de chromosomes anormaux (41-43) et les plants normaux le nombre de chromosomes attendu. Ce travail montre que l'ES s'appuyant sur des suspensions embryogènes peut garantir une propagation conforme des variétés sélectionnées de C. arabica. Il démontre également l'importance de l'âge des cultures sur l'apparition de VS et donc le caractère non aléatoire du phénomène. Les changements génétiques et épigénétiques sont particulièrement limités durant l'ES. Le principal changement chez la plupart des variants est l'aneuploidie, ce qui montre que les aberrations mitotiques jouent un rôle majeur dans les VS chez le caféier. (

Mots-clés Agrovoc : Coffea arabica, micropropagation, Embryogénèse somatique, aneuploïdie, variation somaclonale, gène, marqueur génétique, méthylation, cytologie, phénologie

Mots-clés géographiques Agrovoc : Amériques

Mots-clés complémentaires : Épigénétique

Classification Agris : F02 - Multiplication végétative des plantes
F62 - Physiologie végétale - Croissance et développement
F30 - Génétique et amélioration des plantes

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

Auteurs et affiliations