Contribution à l’étude de l’histoire évolutive de la vigne cultivée (Vitis vinifera L.) par l’analyse de la diversité génétique neutre et de gènes d’intérêt

Contribution to the study of grapevine (Vitis vinifera L.) evolutionary historythrough the analysis of genetic diversity of neutral markers and genes of interest

• Auteur / Autrice : Thierry Lacombe
• Direction : Patrice This, Jean-Michel Boursiquot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Evolution, Ecologie, Ressources Génétiques, Paléontologie
• Date : Soutenance le 18/12/2012
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• 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 : Président / Présidente : Michel Pitrat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrice This, Maria Manzanares-Dauleux, Jean-Louis Pham
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Catherine Bastien, Frédérique Pelsy

Mots clés

Mots clés libres

Vitis vinifera

Histoire évolutive

Diversité neutre

Caractère d'intérêt agronomique

Polymorphisme de séquence

Vitis vinifera

Evolutionary history

Neutral genetic diversity

Trait of agronomic interest

Sequence polymorphism

Résumé

Vitis vinifera L. est l'une des premières espèces fruitières à avoir été domestiquées. Sous l'effet de la sélection humaine, cette espèce a suivi une évolution agro-morphologique conduisant à une importante diversité répartie en deux morphotypes principaux selon l'usage des raisins (cuve vs table). L'objectif de cette thèse a été de mieux comprendre la structuration et l'origine de la diversité génétique de la vigne domestique au travers de l'étude de marqueurs moléculaires neutres (nucléaires et chloroplastiques) et de gènes codant pour des caractères d'intérêt agronomique (couleur des baies et architecture des grappes). Une meilleure connaissance des ressources génétiques de la vigne est en effet nécessaire pour leur gestion optimisée et leur utilisation appropriée dans de nouveaux programmes d'amélioration. Une étude de parenté basée sur l'analyse de 20 microsatellites nucléaires a d'abord été menée sur 2344 cultivars de la collection INRA du Domaine de Vassal. Elle a permis de préciser l'ascendance directe de plus de 800 cultivars et de révéler les géniteurs clés. A l'aide de ces mêmes marqueurs, une étude de la structuration génétique du compartiment cultivé a ensuite mis en évidence quatre grands groupes de diversité reliés à l'usage des fruits, la géographie et l'histoire de la viticulture. Ces premiers résultats ont été utilisés pour constituer un échantillon de travail de 595 génotypes comprenant i) des cultivars (subsp. vinifera, syn. sativa) représentatifs de la diversité neutre et de catégories historiques préalablement définies et ii) des représentants du compartiment sauvage (subsp. sylvestris). Les résultats de l'étude de la diversité de l'ADN chloroplastique sont compatibles avec l'existence d'un centre primaire de domestication oriental et de centres secondaires répartis sur le pourtour méditerranéen. Le polymorphisme de séquence (SNP et INDEL) a ensuite été exploré pour trois gènes associés à des caractères d'intérêt agronomique. L'analyse de la diversité des gènes VvMybA1 et VvMybA3, associés à la couleur des baies, a permis de préciser l'histoire de ce trait et sa diversification sous l'effet de la sélection artificielle. L'analyse du polymorphisme du gène VvTFL1A, associé à l'architecture des grappes, a montré une structuration différente principalement en relation avec l'usage des fruits. L'ensemble des résultats a permis de mettre en évidence certaines variétés ou groupes de variétés occupant une position originale dans l'histoire de la vigne cultivée depuis sa domestication.

Vitis vinifera L. is one of the first fruit species ever domesticated. Under human selection, this species underwent a morphological and agronomical evolution leading to an extensive diversity and to two distinct morphotypes according to the use of grapes (wine vs. table). The objective of this PhD thesis was to better understand the structure and origin of cultivated grapevine genetic diversity studying neutral (nuclear and chloroplastidial) molecular markers and genes encoding traits of agronomic interest (berry colour and bunch architecture). A better knowledge of grapevine genetic resources is indeed needed for their optimized management and appropriate use in new breeding programmes. A parentage study based on 20 nuclear microsatellites markers was first performed on 2344 cultivars held in the INRA “Domaine de Vassal” repository. This work allowed us to reveal the direct ascent of more than 800 cultivars and to uncover key genitors. Then, a study of the cultivated pool genetic structure was performed using the same markers. The four diversity groups found are related to use of fruits, geography and viticulture history. These first results were used to build a working sample of 595 genotypes that included i) cultivars (subsp. vinifera, syn. sativa) representative of both neutral markers diversity and previously defined historical categories and ii) representatives of the wild compartment (subsp. sylvestris). The results of chloroplastidial DNA diversity study are consistent with the existence of an eastern primary domestication centre with secondary centres distributed on the periphery of the Mediterranean sea. Sequence polymorphism (SNP and INDEL) was then explored in three genes associated with traits of agronomic interest. Diversity analysis of VvMybA1 and VvMybA3 genes associated with berry colour allowed us to better understand the diversification of this trait under artificial selection. Analysis of VvTFAL1A polymorphism, associated to bunch architecture, showed a different structuration mainly related to the use of fruits. All these results highlighted specific cultivars or groups of cultivars which hold an original position in the history of cultivated grapevine since its domestication.