Utilisation de la sélection génomique dans un programme de pre-breeding : application chez la betterave sucrière

Introduction of genomic selection into a pre breeding program : application to sugar beet

• Auteur / Autrice : Prune Pegot-Espagnet
• Direction : Fabrice Roux, Brigitte Mangin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Interactions plantes-microorganismes
• Date : Soutenance le 04/06/2020
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• 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 contrôlés

Betterave à sucre

Légumes -- Amélioration génétique

Chromosomes végétaux -- Cartes

Mots clés libres

Sélection génomique

Schéma de pre-breeding

Simulations

Betterave sucrière

Genomic selection

Pre-breeding schemes

Simulations

Sugar beet

Résumé

L’objectif de la sélection variétale est de produire de nouvelles variétés à partir de la diversité existante. L’accumulation des caractères prérequis à la commercialisation des variétés de betterave sucrière tels que le rendement en sucre par hectare, la résistance à des maladies de plus en plus nombreuses sur le cahier des charges, ou encore la diminution des intrants comme les intrants azotés, a eu pour conséquence de réduire considérablement la variabilité génétique disponible dans les programmes de pre-breeding. Le projet AKER a été mis en place pour permettre d’élargir cette diversité génétique grâce à une approche originale d’utilisation de ressources génétiques exotiques. 16 accessions exotiques représentant l’ensemble de la diversité allélique qui n’est pas déjà présente au sein des betteraves sucrières élites ont ainsi été identifiées à partir de l’analyse d’une collection de gènes en provenance de ressources du monde entier. L’objectif de cette thèse est de favoriser l’introgression des ressources génétiques exotiques découvertes dans le cadre d’AKER dans un programme de pre-breeding en utilisant la sélection génomique. Pour ce faire différents schémas de pre-breeding doivent pouvoir être simulés et comparés afin de guider la production d’une population de pre-breeding comprenant des fragments d’accessions exotiques, population qui constituera un réservoir de diversité génétique utile dans lequel les sélectionneurs pourront puiser pour créer de nouvelles variétés de betteraves sucrières. Le postulat fait dans le programme AKER selon lequel l’introduction de régions exotiques dans un programme de pre-breeding peut permettre d’apporter une diversité génétique utile a tout d’abord été vérifié par la comparaison de l’architecture génétique de plusieurs caractères dans deux populations : une descendance (élite x exotique), et un panel élite. Cette architecture génétique qui correspond au nombre de régions génomiques impliquées dans l’expression du caractère, leur localisation sur le génome, et la proportion du caractère qu’elles expliquent, a été déterminée grâce à une étude de QTLs. L’architecture génétique du rendement racinaire a ensuite été étudiée dans des populations appelées « populations AKER » , issues de l’introgression de chaque accession exotique au sein d’un germoplasme élite. Cette étude a permis d’évaluer l’effet de chaque fragment exotique sur le rendement racinaire. Un simulateur a alors été développé grâce auquel, à partir des populations AKER, différents schémas de pre-breeding utilisant la sélection génomique ont été simulés et comparés. Ces simulations ont permis d’étudier l’impact de plusieurs paramètres sur l’évolution du rendement racinaire et sur la diversité génétique présente au sein de la population de pre-breeding finale.

The goal of varietal selection is to produce new varieties from existing diversity. For marketable sugar beet varieties, the accumulation of prerequisite traits such as sugar yield per hectare, multiple disease resistance or reduced nitrogen inputs, dramatically reduced the genetic variability available in breeding programs. One of the AKER project’s main goal was to enrich this genetic diversity with an original approach making use of exotic genetic resources. An analysis of a collection of genes from resources around the world allowed to identify 16 exotic accessions representing all the allelic diversity absent from elite sugar beets. The purpose of this PhD is to promote the introgression of exotic genetic resources discovered in the AKER project in a pre-breeding program using genomic selection. Different pre-breeding schemes must be able to be simulated and compared in order to guide the production of a pre-breeding population comprising fragments of exotic accessions, a population which will constitute a useful and diverse gene pool from which breeders can draw to create new varieties of sugar beets. The hypothesis made in the AKER program that the introduction of exotic regions into a pre breeding program can provide useful genetic diversity was first verified by comparing the genetic architecture of several characters in two populations : an (elite x exotic) progeny and an elite panel. This genetic architecture, which corresponds to the number of genomic regions involved in the expression of the trait, their location on the genome, and the proportion of the trait that they explain, was determined thanks to a QTL study. The genetic architecture of root yield was then studied in populations called "AKER populations", each population created from the introgression of a single exotic accession within an elite germplasm. This study assessed the effect of every exotic fragment on root yield. With a specially developed simulator, different pre-breeding schemes all starting with AKER populations were simulated and compared. These simulations made it possible to study the impact of several parameters on the evolution of root yield and on the genetic diversity present in the final pre-breeding population.