Analyse physiologique et génétique combinées pour améliorer le contenu en huile et la qualité du tournesol soumis à la sécheresse

Physiological and genetic analysis to improve quality and quantity of sunflower seed oil under drought stress

• Auteur / Autrice : Parham Haddadi
• Direction : Ahmad Sarrafi, Bahman Yazdi-Samadi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique et amélioration des plantes
• Date : Soutenance le 12/07/2010
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT en cotutelle avec University of Teheran
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Interactions Plantes-Microbes-Environnement

Mots clés

Mots clés libres

Tournesol

Gènes candidats

Tocophérol

Phytostérol

Sécheresse

Qtl

Sunflower

Candidate genes

Tocopherol

Phytosterol

Drought stress

Qtl

Résumé

Le tocophérol, le phytostérol, le pourcentage de protéines des graines, l'huile et les teneurs en acides gras ont été mesurés dans une population de lignées recombinantes (RILS) de tournesol, cultivées sous conditions de sécheresse, irrigation et semis tardif. Une analyse génétique de QTL a été réalisée à partir de ces mesures, en utilisant une carte génétique basée sur des marques SSR et avec des gènes candidats (1) impliqués dans la voie métabolique de tocophérol et phytostérol, (2) des gènes codant des antioxydants enzymatiques, (3) des gènes liés à la sécheresse et (4) des gènes homologues à SEC14 chez Arabidopsis. Trois gènes candidats importants (VTE4, VTE2 et HPPD), qui codent pour des enzymes impliquées dans la biosynthèse du tocophérol, ont été cartographiés sur les groupes de liaison LG8 et LG14. Quatre SNPs sont identifiés pour PAT2, le gène homologue chez Arabidopsis SEC14, entre les deux parents (PAC2 et RHA266) et un SNP, identifié par alignement de séquences est converti en marqueur CAPS pour permettre l'analyse génotypique des RIL. Les gènes homologues à SFH3, HPPD, CAT et CYP51G1 ont été cartographiés grâce à la mise au point de marqueurs dominants, tandis que des marqueurs co-dominants ont permis la cartographie des gènes homologues à SEC14-1, VTE4, DROU1, POD, SEC14-2 et AQUA. Les gènes POD, CAT et GST, codant pour des antioxydants enzymatiques, ont également été cartographiés sur les groupes de liaison 17, 8 et 1, respectivement. Le QTL majeur pour la teneur en tocophérol a été identifié sur le groupe de liaison 8, qui explique 59,5% de la variation phénotypique (6.TTC.8). Il colocalsie également avec le QTL identifié pour la teneur en phytostérol (7.TPC.8). Sous condition de semis tardif, un QTL spécifique de la teneur en acide palmitique a été identifié sur le groupe de liaison 6 (PAC-LS.6). Il est situé entre les marqueurs ORS1233 et SSL66_1. Les QTLs pour le pourcentage d'huile de graines et la teneur en acide stéarique colocalisent sur les groupes de liaison 10 (PSO-PI.10 et SAC-WI.10) et 15 (PSO-PI.15 et SAC-LS.15). Sept QTLs associés à teneur en acides palmitique, stéarique, oléique et linoléique sont identifiés sur le groupe de liaison 14. Ils sont liés à l’homologue du gène HPPD. Par ailleurs, les caractères agronomiques tels que les jours du semis à la floraison, la hauteur des plantes, le rendement et la morphologie foliaire ont été étudiés. Des analyses association génétique ont permis d’identifier des QTLs intérêts sur les groupes de liaison 2, 10 et 13 pour les caractères étudiés, d’autres QTLs identifies sur les groupes de liaison 9 et 12 mettent en avant l'importance de ces régions génomiques pour les caractères de morphologie foliaire. Nous avons finalement identifié des marqueurs AFLP et quelques gènes candidats liés aux caractères impliqués dans la qualité des graines sous conditions irriguée et stress hydrique chez une population de mutants (M8). Deux lignées mutantes, M8-826-2-1 et M8-39-2-1, produisent un niveau significativement élevé d'acide oléique peuvent être utilisées dans les programmes de sélection en raison de la haute stabilité à l'oxydation et des propriétés cardiovasculaire apportés par l’acide oléique qu’elles produisent. L'augmentation du niveau de tocophérol dans les lignées mutantes, M8-862-1N1 et M8-641-2-1, est justifiée par le polymorphisme observé pour le gène, MCT, impliqué dans la voie métabolique du tocophérol. Le marqueur le plus important pour le contenu en tocophérol total est E33M50_16 qui explique 33,9% de la variation phénotypique. Un des gènes candidats les plus importants concernant la biosynthèse des acides gras, FAD2 (FAD2-1), est lié à la teneur en acides oléique et linoléique. Il explique plus de 52% de la variation phénotypique.

The genetic control of tocopherol, phytosterol, percentage of seed protein, oil and fatty acids content in a population of recombinant inbred lines (RILs) of sunflower under various conditions are studied through QTL analysis using genetic-linkage map based on SSR markers and introducing some important tocopherol and phytosterol pathway-related genes, enzymatic antioxidant-related genes, droughtresponsive family genes and Arabidopsis SEC14 homologue genes. Three important candidate genes (HPPD, VTE2 and VTE4), which encode enzymes involved in tocopherol biosynthesis, are mapped to linkage group 8(LG8) and LG14. One of the most important candidate genes coding for sterol methyltransferase II (SMT2) enzyme is anchored to LG17 by CAPS marker. Four SNPs are identified for PAT2, Arabidopsis Sec14 homologue gene, between two parents (PAC2 and RHA266). PAT2 is assigned to LG2 by CAPS marker. Squalene epoxidase (SQE1) is also assigned to LG15 by InDel marker. Through other candidate genes, POD, CAT and GST encoding enzymatic antioxidants are assigned to LG17, LG8 and LG1, respectively. The major QTL for total tocopherol content on linkage group 8 accounted for 59.5% of the phenotypic variation (6.TTC.8), which is overlapped with the QTL of total phytosterol content (7.TPC.8). Under late-sowing condition, a specific QTL of palmitic acid content on linkage group 6 (PAC-LS.6) is located between ORS1233 and SSL66_1 markers. Common chromosomic regions are observed for percentage of seed oil and stearic acid content on linkage group 10 (PSO-PI.10 and SACWI. 10) and 15 (PSO-PI.15 and SAC-LS.15). Overlapping occurs for QTLs of oleic and linoleic acids content on linkage groups 10, 11 and 16. Seven QTLs associated with palmitic, stearic, oleic and linoleic acids content are identified on linkage group 14. These common QTLs are linked to HPPD homologue, HuCL04260C001. QTLs controlling various traits such as days from sowing to flowering, plant height, yield and leaf-related traits are also identified under well-, partial-irrigated and late-sowing conditions in a population of recombinant inbred lines (RILs). The results do emphasis the importance of the role of linkage group 2, 10 and 13 for studied traits. Genomic regions on the linkage group 9 and 12 are important for QTLs of leaf-related traits in sunflower. We finally identified AFLP markers and some candidate genes linked to seed-quality traits under well-irrigated and water-stressed conditions in gammainduced mutants of sunflower. Two mutant lines, M8-826-2-1 and M8-39-2-1, with significant increased level of oleic acid can be used in breeding programs because of their high oxidative stability and hearthealthy properties. The significant increased level of tocopherol in mutant lines, M8-862-1N1 and M8- 641-2-1, is justified by observed polymorphism for tocopherol pathway-related gene; MCT. The most important marker for total tocopherol content is E33M50_16 which explains 33.9% of phenotypic variance. One of the most important candidate genes involving fatty acid biosynthesis, FAD2 (FAD2-1), is linked to oleic and linoleic acids content and explained more than 52% of phenotypic variance.