Role of migration in plant genetic resources dynamic management

Rôle de la migration dans la gestion dynamique des ressources génétiques végétales

• Auteur / Autrice : Yves Rousselle
• Direction : Isabelle Goldringer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hétérosis

Gestion

Ressources génétiques

Résumé

La Gestion Dynamique (GD) des ressources génétiques est une stratégie de gestion de la diversité génétique dans laquelle des populations hétérogènes évoluent dans des environnements contrastés sous la pression de la sélection naturelle et des autres forces évolutives. La GD a pour but de permettre aux populations de s’adapter localement tout en conservant la diversité initiale sur l’ensemble du système. Afin d’étudier cette approche, des populations expérimentales de GD de blé ont été mises en place à l’INRA depuis 1984. Ces populations se sont différenciées pour des caractères de phénologie et de résistance aux pathogènes. La sélection et la dérive ont eu pour conséquence une diminution de la diversité génétique intra-population qui peut conduire à une perte de valeur sélective ou du potentiel évolutif à plus ou moins long terme. Le sauvetage génétique par migration peut limiter ce phénomène en augmentant la variabilité génétique dans ces populations. Cependant, la présence de dépression hybride peut contrecarrer les effets positifs du sauvetage génétique. L’objectif de la thèse est de répondre à la question suivante : “Comment gérer la migration dans un système de GD afin de maintenir le potentiel évolutif sans compromettre l’adaptation locale dans chaque population ?” Nous avons analysé des descendances de croisements intra et inter-populations sur 2 générations. La deuxième génération a été évaluée sur les 3 sites d’origines des populations parentales des croisements. Nous avons tout d’abord mis en évidence la présence d’adaptation locale dans les populations pour la hauteur de plante et le poids de 1000 grains. Grâce à une analyse conjointe de ces caractères avec la précocité de floraison, nous avons mis en évidence la contre-sélection des plantes tardives dans le Sud par l’intermédiaire du poids de 1000 grains. Nous avons ensuite montré que le gène VRN1 était impliqué dans la précocité de floraison dans les populations de GD et que sa structuration et l’évolution de sa diversité pouvaient être reliées à des pressions sélectives en relation avec l’adaptation climatique. L’analyse de la 1ère et de la 2ème génération de descendances des croisements nous a permis de mettre en évidence de la dépression de consanguinité dans les populations mais peu de fardeau génétique (faible composante inter-populations de l’hétérosis). Nous n’avons pas trouvé de dépression hybride pour aucun type de croisements analysés. Ce dernier résultat peut être expliqué par deux hypothèses : (i) il n’y a pas de complexes de gènes co-adaptés cassés par les croisements et l’adaptation locale n’a pas un impact important sur les valeurs en croisements ou (ii) les effets positifs d’hétérosis et négatifs de dépression hybride se compensent ce qui conduit à une faible composante inter-populations de l’hétérosis.

Dynamic management (DM) of genetic ressources is a strategy for the conservation of genetic diversity in which heterogenous populations evolve in contrasted environements under natural selection pressure and other evolutionary forces. The aim of the DM is to let individual populations become locally adapted while maintaining the initial diversity over the whole system. In order to study this approach, DM experimental wheat populations were developed by INRA starting in 1984. These populations beacame differentiated for flowering time and disease resistance, thereby showing indices of local adaptation. Selection and drift led to a decrease of within-population genetic diversity, which could lead to a decrease of fitness or evolutionary potential in the mid to long term. Genetic rescue by migration can limit this phenomenon by increasing within-population genetic variability. However, outbreeding depression can counteract the positive effects of genetic rescue. The aim of this thesis is to answer to the question: "What is the best strategy to manage migration in a DM system in order to maintain evolutionary potential without compromising local adaptation within each population?" We have analysed within and between-population cross progeny over two generations. The second generation was evaluated in the three sites of origin of the parental populations of the crosses (reciprocal transplants). In the transplant experiment, we have shown that local adaptation occured in the populations for plant height ans thousand-kernel weight. Using an analysis of covariance of this trait with flowering time, we showed that late genotypes were selected against in the South because of their low thousand-kernel weight. We then showed that VRN1 gene was involved in flowerinf time in the DM populations and that its structuration and the evolution of its diversity could be linked to selective pressures related to climatic adaptation. Analysis of the 1st and 2nd progeny generations allowed us to show that there was inbreeding depression within populations but only small genetic loads (small between population components of heterosis). We did not find outbreeding depression for any type of cross. This last result could be explained by two hypotheses: (i) there were no co-adapted genes complexes broken by outcrossing and local adaptation had only weak effects on the cross progeny values or (ii) the positive effects of heterosis and the negative effects of outbreeding depression compensated for each other which lead to weak betweenpopulations component of heterosis.