Genetic and genomic inferences for the characterization of the major sterility system between the two rice cultivated species, Oryza sativa and O. Glaberrima

Inférences génétiques et génomiques pour la caractérisation du système majeur de stérilité hybride entre les riz cultivés Oryza sativa et O. Glaberrima

• Auteur / Autrice : Andrea Maria Garavito-Espejo
• Direction : Alain Ghesquière, Mathias Lorieux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie et biologie moléculaire
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Montpellier 2

Mots clés

Mots clés contrôlés

Riz

Plantes -- Amélioration génétique

Oryza

Mots clés libres

Oryza sativa

Oryza glaberrima

Stérilité hybride

Distorsion de ségrégation

Incompatibilés du type Bateson-Dobzhansky-Muller

Croisements interspécifiques

Spéciation

Résumé

Les deux espèces de riz cultivé O. Sativa et O. Glaberrima possèdent des caractères complémentaires importants pour l'agriculture, comme un bon rendement et une meilleure qualité de grain pour O. Sativa, et plusieurs gènes de résistance ou de tolérance à différents stress biotiques et abiotiques pour O. Glaberrima. On souhaiterait donc pouvoir développer des lignées hybrides qui réunissent l'ensemble de ces caractéristiques. Cependant, les deux espèces sont séparées par une forte barrière reproductive, qui est le résultat de l'action cumulée de plusieurs locus qui rendent les hybrides F1 complètement male stériles et partiellement femelle stériles. Parmi ceux-ci, le locus S1 exerce l'effet le plus important sur la fertilité des hybrides. L'objectif principal fixé pour ce travail de thèse est de contribuer à déterminer les bases génétiques de la barrière reproductive entre O. Sativa et O. Glaberrima. A cette fin, nous avons utilisé différentes approches de génétique et de génomique comparative afin de mieux caractériser le locus S1. Nous avons ainsi pu déchiffrer et mieux comprendre le fonctionnement de la barrière reproductive entre O. Sativa et O. Glaberrima exercée par le locus S1. Les résultats obtenus nous ont permis de détecter la présence d'au moins deux autres locus génétiquement liés à S1, de discerner de possibles interactions épistatiques et des incompatibilités alléliques entre ces locus, de construire un modèle génétique explicatif de la semi stérilité femelle des hybrides, d'explorer la région génomique qui porte ces locus chez des variétés O. Glaberrima et son ancêtre O. Barthii, et finalement, d'identifier des gènes candidats pour deux des locus (S1 et S1A). La somme des connaissances générée par ce travail permet d'établir des stratégies visant à faciliter le transfert de gènes utiles d'O. Glaberrima vers O. Sativa, et ainsi de mieux exploiter la diversité génétique de l'espèce africaine de riz cultivé.

The two cultivated rice species O. Sativa and O. Glaberrima possess many interesting and complementary traits, such as high yield and good grain quality for the former, and several alleles for resistance or tolerance to different biotic and abiotic stresses for the latter. It would be desirable to combine these characteristics into interspecific lines. However, a strong reproductive barrier impairs the genetic exchange between the two species. This barrier is the result of the action of several loci that might interact or act separately to render the F1 hybrids pollen-sterile and partially female-fertile. Among these, the S1 locus has the strongest effect over the fertility of the hybrids. The main aim of this work is to contribute to a better understanding of the genetic bases of the reproductive barrier that separates O. Sativa and O. Glaberrima. For this purpose, we applied different genetic and genomic approaches in order to characterize the S1 locus. We made a significant advance in the understanding of the reproductive barrier between O. Sativa and O. Glaberrima controlled by the S1 locus. We were able to detect the presence of at least two additional loci, highly linked to S1, to infer the possible epistatic interactions and allelic incompatibilities between them, to develop a genetic model that explains the female semi-sterility of the hybrids, to explore the genomic region that bears these loci, into a collection of O. Glaberrima and its ancestor O. Barthii, and finally, to identify possible candidate genes for two of the loci (S1 and S1A). The knowledge generated by this work will contribute to the establishment of new strategies to introgress more efficiently useful genes from O. Glaberrima to O. Sativa, allowing breeders to take advantage of the genetic diversity present in the cultivated African rice species.