Impact du déficit hydrique sur la dégradabilité, la biochimie pariétale et la répartition des tissus lignifiés chez l’entrenoeud de maïs et déterminisme génétique de ces caractères

Impact of water deficit on degradability, cell wall biochemistry and lignified tissue distribution in the maize internode, and genetic determinism of these traits

• Auteur / Autrice : Fadi El Hage
• Direction : Matthieu Reymond
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 20/12/2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences du végétal : du gène à l'écosystème (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean-Pierre Bourgin (Versailles ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Christine Dillmann
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Matthieu Reymond, Christine Dillmann, Simon Hawkins, Fabienne Guillon, Sylvie Jaffuel, Eliette Combes
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Simon Hawkins, Fabienne Guillon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Paroi cellulaire végétale

Tissus végétaux

Maïs -- Amélioration génétique

Plantes -- Effets du stress

Maïs (aliments pour animaux)

Mots clés libres

Maïs

Stress hydrique

Dégradabilité

Histologie

Lignification

Déterminisme génétique

Maize

Water stress

Degradability

Histology

Lignification

Genetic determinism

Résumé

Ce projet de thèse s’inscrit dans un contexte de changement climatique et de remplacement des énergies fossiles, où la réduction des apports en eau et l’optimisation de la valorisation de la biomasse sont deux enjeux majeurs des systèmes de productions durables. La dégradabilité de la biomasse est principalement limitée par la dégradabilité des parois et afin de l’améliorer, il est nécessaire de comprendre quels facteurs sont impliqués dans cette limitation de dégradabilité. Plusieurs études ont montré que la dégradabilité pariétale est impactée par la composition et la structure de la paroi mais aussi par la distribution des tissus lignifiés au sein des organes. Pour faire la part entre l’impact de la biochimie et celui de l’histologie sur la dégradabilité dans différentes conditions d’irrigation, des outils haut-débit de quantifications biochimiques et histologiques ont été développés et dédiés à l’étude d’entrenoeuds portant l’épi principal. Les études ont porté sur un panel de diversité génétique de maïs et d’une population de lignées recombinantes, cultivés durant plusieurs années dans des conditions d’irrigation contrastées dans le sud de la France. Nos résultats mettent en évidence que le déficit hydrique induit une augmentation de la dégradabilité pariétale, accompagnée par une diminution de la teneur en lignines pariétales et par une induction préférentielle d’une lignification corticale, plus p-coumaroylée. De façon originale, nous avons aussi cartographié 90 QTLs de caractères histologiques dans les différentes conditions d’irrigation sur le génome du maïs. Plus particulièrement, une large région entre le bin 1.07 et le bin 1.11 est impliquée dans les variations observées du nombre de faisceaux vasculaires et de la surface de section des entrenoeuds. De façon globale, de nombreux QTLs de composition pariétale de l’entrenoeud co-localisent avec ceux obtenus au niveau de la plante entière sans épis chez la même population. Enfin nous avons pu démontrer que le choix de l’entrenoeud portant l’épi principal est judicieux pour représenter à la fois les caractéristiques histologiques des tiges entières et biochimiques de la biomasse lignocellulosique des plantes entières. Ainsi, les caractéristiques histologiques et biochimiques des entrenoeuds de maïs sont proposées comme des cibles de choix pour sélectionner des lignées de maïs résilientes au déficit hydrique.

This PhD project encompass in a context of global warming and replacement of fossil resources, where both water supply decrease and biomass valorisation optimisation are two major issues for providing sustainable systems of production. Biomass degradability is mainly limited by cell wall degradability and in order to improve it, it is necessary to understand what are the factors involved in the limitation of the degradability. Several studies have shown that cell wall degradability is impacted by the structure and the composition of the cell wall but also by the distribution of the lignified tissues within the organs. To decipher the impact of the biochemistry and from the one of the histology on degradability under different watering conditions, high-throughput quantifications tools for histology and biochemistry have been developed and dedicated to the study of the internode carrying the main ear. The studies were conducted on a maize genetic diversity panel and a recombinant inbred lines population, cultivated during several years under contrasted irrigation conditions in South of France. Our results highlight that water deficit induce an increase of the cell wall degradability, associated to a decrease of the cell wall lignin content and a preferential induction of a cortical lignification, more p-coumaroylated. In original ways, we also detected 90 QTLs for histological traits under the different irrigations scenarios on the maize genome. More particularly, a large region between bin 1.07 and bin 1.11 is involved in the observed variations of the bundle number and the stem section area of the internodes. More generally, numerous QTLs of cell wall composition of the internode co-localised with the ones detected for the whole plant without ear level in the same population. Finally we were able to demonstrate that the choice of the internode carrying the main ear is judicious to represent both histological characteristics from the whole stem and biochemical characteristics from the lignocellulosic biomass of the whole plant. Thus, histological and biochemical traits in maize internode are proposed as particular targets to select lines resilient to water deficit.