Vers l'identification de gènes contrôlant la dégradabilité de la paroi secondaire lignifiée chez le maïs à travers l'élucidation de QTLs à effets forts

Towards the identification of maize genes involved in lignified secondary cell wall degredability through the elucidation of QTLs with strong effects

• Auteur / Autrice : Audrey Courtial
• Direction : Yves Barrière, Jacqueline Grima-Pettenati
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Développement des plantes
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biocarburants

Paroi cellulaire végétale

Maïs

Mots clés libres

Zea mays

Dégradabilité

Paroi

Lignines

Acides p-hydroxycinnamiques

Qtl

Gènes candidats

Transcriptome

Bac

Séquençage

Résumé

La dégradabilité des parois des plantes fourragères est un facteur limitant à la fois pour l'alimentation des ruminants et pour la production de biocarburants de seconde génération. Les recherches conduites ont donc visé à identifier les gènes contrôlant des propriétés des parois lignocellulosiques chez le maïs en prenant comme modèle un cluster de QTLs à effets forts localisé dans le bin 6. 06 des lignées recombinantes (RILs) F288 x F271. Après avoir mis en évidence que les positions de ces QTLs se situaient dans une région monomorphe entre les deux lignées parentales, une densification ciblée de la carte génétique a permis de révéler que ces QTLs ''fantômes'' correspondaient en fait à des QTLs localisés sur deux positions proches (bins 6. 05 et 6. 07). De nouveaux QTLs majeurs au bin 4. 09 ont également été détectés. La détection de QTLs avec de nouvelles mesures phénotypiques a également permis de conforter l'implication des acides p-hydroxycinnamiques et de la composition monomériques des lignines dans la dégradabilité des parois. Afin d'identifier les gènes candidats présents sous ces QTLs, des études d'expression et du séquençage ont été entreprises, en plus de la recherche a priori de gènes potentiellement impliqués dans la formation des parois lignifiées, à partir de la bibliographie. L'étude d'expression entre le parent F271 et quatre RILs porteuses des allèles favorables à la dégradabilité des parois (F288) aux QTLs majeurs du bin 6. 06 a permis de mettre en évidence 360 gènes différentiellement exprimés. Le séquençage ciblé de BACs porteurs de la région d'intérêt chez F271 et F288, quant à lui, a souligné le très grand polymorphisme entre ces deux lignées.

Discovering the genetic determinants of the lignified cell wall assembly in grasses is a major challenge for both basic research and for plant breeding based on marker-assisted selection. Cell wall degradability is a limiting factor of plant energy value for cattle feeding, as well as for the production of second-generation biofuel. The research conducted thus aimed at identifying genes involved in cell wall related traits, taking as model a cluster of strong effect QTLs located in the bin 6. 06 of the maize recombinant inbred line (RIL) progeny F288 x F271. Having shown that these QTL positions were located in a monomorphic area between the two parental lines, targeted densification of the genetic map revealed that these ''ghost'' QTLs correspond in fact to QTLs located on two close positions (bins 6. 05 and 6. 07). New major QTLs in bin 4. 09 have also been detected. New QTL detection from new field experiments has also allowed to consolidate the involvement of p-hydroxycinnamic acids and of the lignin monomeric composition, in the variation of cell wall degradability. In order to identify the candidate genes underlying these QTLs, expression studies and sequencing were undertaken, besides the a priori search for genes potentially involved in the lignified cell wall formation, from the bibliography. The expression studies between the F271 parental line and four RILs carrying favorable alleles for the cell wall degradability (F288) at the major QTLs of bin 6. 06 allowed to highlight 360 differentially expressed genes. The targeted sequencing of BACs carrying the QTL region of interest, for F271 and F288, underlined the great polymorphism between these parental maize lines.