Developmental changes of the Olive tree from juvenility to maturity and Genetic basis of vegetative and reproductive traits

Etude du développement de l'olivier de la juvénilité à la maturité et du déterminisme génétique des caractères végétatifs et reproducteurs.

• Auteur / Autrice : Inès Ben Sadok
• Direction : Evelyne Costes, Ahmed Rebai
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Intégrative des Plantes
• Date : Soutenance le 05/07/2013
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro en cotutelle avec Université de Sfax. Faculté des sciences
• Ecole(s) doctorale(s) : Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Amélioration Génétique et Adaptation des Plantes méditerranéennes et tropicales
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jacques David, Luis Rallo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Daniel Prat, Moez Hanin

Mots clés

Mots clés libres

Phénotypage

Croissance

Ramification

Floraison

Fructification

QTLs

Phenotyping Methodology

Growth

Branching

Flowering

Fruiting

QTLs

Résumé

L'un des défis auxquels sont confrontés les producteurs de fruits est de réussir à maintenir d'année en année un équilibre entre croissance végétative et production. La productivité des arbres fruitiers au cours des années est étroitement liée à leur développement. Intégrer les caractères architecturaux dans les programmes de sélection pourrait donc, améliorer la régularité de production et aider à optimiser la gestion des cultures. Dans cette thèse, nous avons étudié le déterminisme génétique des caractères architecturaux chez l'olivier (Olea europaea L. subsp. Europaea), en incluant le développement végétatif et reproducteur. L'olivier a un grand intérêt en raison de l'importance de l'huile d'olive et des olives dans l'alimentation humaine. L'étude a porté sur une descendance issue du croisement entre les variétés 'Olivière' et ‘Arbequina' qui a été cultivée en verger dans deux environnements contrastés. En premier lieu, nous avons étudié le déterminisme génétique de la croissance et ramification des arbres durant la phase juvénile sur un site en considérant trois échelles d'observation: arbre, unité de croissance et entrenœuds. Les interactions entre les facteurs liés à l'ontogénie de l'arbre ainsi que les facteurs génotype et environnement ont été prises en compte. Des modèles génétiques, incluant les effets année de croissance et/ou ordre de ramification, environnement, génotype et leurs interactions respectives, ont été construits en intégrant une fonction de variance et une structure de covariance lorsque cela était nécessaire. Après une étape de sélection de modèle, les facteurs impactant significativement l'architecture de l'arbre ont été identifiés et les valeurs d'héritabilité au sens large ont été estimées. Ces résultats nous ont permis de définir à quel moment au cours de l'ontogenèse de l'olivier et à quelle échelle d'observation, les caractères de croissance et ramification sont déterminés génétiquement. De plus, cette étude a permis d'investiguer la plasticité des caractères architecturaux et leur stabilité entre environnements contrastés. Enfin, les changements associés à l'acquisition des facultés reproductives ont été observés. Quand tous les descendants ont atteint l'âge adulte, j'ai étudié les bases génétiques du développement reproducteur. La stratégie était basée sur (i) une décomposition d'un sous échantillon d'unités de croissance localisées à la périphérie de la couronne de l'arbre en variables quantitatives liées à la fois aux processus de floraison et fructification en relation avec leur croissance et ramification (ii) une évaluation annuelle du rendement des arbres durant quatre années. L'observation d'arbres 'ON' ou ‘OFF' pour une année donnée a révélé des tendances de production régulière vs irrégulière au sein de la descendance. Après avoir développé une nouvelle carte génétique, une recherche QTLs associés aux caractères reproductifs a été réalisée. Des QTLs présentant les effets des deux parents et des co-localisations ont été identifiés. Cette étude a mis en évidence le schéma de développement de l'olivier pendant les phases juvénile et mature mettant en évidence l'existence de gradients ontogéniques se traduisant par des caractères héritables qu'à la périphérie de l'arbre. Une stratégie de phénotypage adaptée aux caractéristiques architecturales de l'olivier a été proposée. Enfin, les descendants montrant une supériorité intéressante par rapport à leurs parents ont été identifiés. Ces génotypes pourraient être valorisés dans les programmes de sélection futurs pour la création de variétés innovantes.

One of the most challenging questions that fruit growers are facing is to maintain trees in a stable balance between production and vegetative growth from year to year. Fruit trees productivity over years is closely linked to their development. Integrating architectural traits in breeding programs could thus, optimise cultivation management and improve bearing regularity. Here, we investigate the genetic determinism of architectural traits in the olive tree (Olea europaea L. subsp. europaea) including vegetative and reproductive behaviour. The olive tree raises high interest because of the importance of olive oil and olives in the human diet. The segregating population under study derived from a cross between ‘Olivière' and ‘Arbequina' cultivars and was grown on two orchards under contrasting environments. First, we investigated the genetic determinism of juvenile growth and branching traits in one site at three different scales: whole tree, growth unit and internodes. Interaction between tree ontogeny, genetic and environmental factors were considered. Genetic models, including the year of growth, environment, genotype effects and their interactions, were built with variance function and covariance structure of residuals when necessary. After a model selection step, morphogenetic factors impacting significantly tree architecture were identified and heritabilities were estimated. These finding allow us to define when during the olive tree ontogeny and at which observation scale, growth and branching traits are under genetic influence. Moreover, progenies plastic response to contrasted environments was highlighted and traits showing significant genotype-by-environment effect were identified. Changes over time associated to the acquisition of reproductive competence were further observed. Once all progenies attempt adulthood, we studied the genetic basis of reproductive behaviour. Our strategy was based on (i) a decomposition of adult growth units at the crown periphery in quantitative variables related to both flowering and fruiting process in relation to their growth and branching (ii) an annual assessment of individual trees yield. The observation of ‘on' or ‘off' olive trees in a given year over four years revealed patterns of regular vs. irregular bearing. After developing a new genetic map, a QTL mapping was carried out on reproductive traits, leading to the identification of QTLs with effects from both parents and co-localizations. This study gives an overview of olive tree development during juvenility and maturity periods showing the existence of ontogenic trends, which result in traits heritable mostly at the tree periphery. A phenotyping strategy adapted to its architectural characteristics is proposed. Finally, progenies showing interesting superiority in comparison to their parents were identified and could constitute interesting sources for innovative materials in future selection programs.