Caractérisation des différences de structures chromosomiques dans l'espèce Musa acuminata par re-séquençage NGS : le cas de l'accession "Pahang"

Characterization of differences in structure of chromosomes in Musa acuminata by re-sequencing NGS

• Auteur / Autrice : Guillaume Eric Martin
• Direction : Angélique D'Hont
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : BIP - Biologie Intégrative des Plantes
• Date : Soutenance le 18/12/2014
• 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/UMR AGAP Montpellier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Janice Britton-Davidian
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Jenczewski, Dominique Lavenier

Mots clés

Mots clés libres

Bananier

Variations structurales

Distorsions de segregations

Re-Séquençage

Bioinformatique

Banana tree

Structural variations

Segregation distortions

Re-Sequencing

Bioinformatics

Résumé

Les cultivars de bananiers sont dérivés d'hybridations entre sous-espèces de Musa acuminata (génome A) et pour certains avec l'espèce M. balbisiana (génome B). Ces hybrides présentent une fertilité réduite, des méioses perturbées et de fortes distorsions de ségrégation. Ces caractéristiques attribuées à des réarrangements chromosomiques entre espèces et sous-espèces compliquent les analyses génétiques et les programmes d'amélioration variétale. Au cours de cette thèse, nous avons mis en place et testé de nouvelles approches, basées sur la récente disponibilité d'une séquence de référence du bananier et des technologies de séquençage haut-débit, pour caractériser ces différences de structures chromosomiques et comprendre leur impact sur les ségrégations chromosomiques. Ces approches ont nécessité l'amélioration de la séquence de référence du bananier. Pour cela, des outils ont été développés. Ils sont applicables à d'autres génomes et modulables en fonction des données disponibles. Le nombre de scaffolds a été divisé par 5 et 90% de la séquence est maintenant ancré aux chromosomes. Les scaffolds correspondant au génome mitochondrial ont été identifiés et le génome chloroplastique a été assemblé et annoté. Des données de re-séquençage de l'accession ‘Pahang' et de génotypage dense de sa descendance ont été utilisées pour explorer l'origine des distorsions de ségrégation impliquant les chromosomes 1 et 4. L'ensemble des données (profils de distorsion et de recombinaison, appariements à la méiose, re-séquençage), nous orientent vers l'hypothèse d'une translocation réciproque en orientation inversée, entre régions distales des chromosomes 1 et 4. Le test de nos outils de recherche de variations structurales pour comparer les génomes A et B du bananier, dont les différences de structure sont connues, montre que nos outils détectent directement les signatures de certaines variations structurales mais que pour d'autres il ne détecte que des signatures partielles. Ces dernières peuvent néanmoins être informatives en complément d'autres types d'informations provenant de cartographie génétique et d'analyses cytogénétiques.

Banana cultivars are derived from hybridization between Musa acuminata subspecies (A genome) and, for some of them, with the species M. balbisiana (B genome). These hybrids have reduced fertility, disturbed meiosis and strong segregation distortions. These characteristics attributed to chromosomal rearrangements between species and subspecies complicate genetic analyses and breeding programs. In this thesis, we have developed and tested new approaches based on the recent availability of a banana reference genome sequence and high-throughput sequencing technologies, to characterize these differences in chromosomal structures and understand their impact on chromosomal segregation. These approaches needed improvement of the banana reference genome sequence. New bioinformatics tools were developed for this purpose. They are applicable to other genomes and are flexible according to available data. The scaffolds number was divided by 5 and 90% of the assembly is now anchored to the chromosomes. Scaffolds corresponding to the mitochondrial genome were identified and the chloroplast genome was assembled and annotated. Re-sequencing data from the 'Pahang' accession and dense genotyping of its progeny were used to explore the origin of segregation distortion involving chromosomes 1 and 4. Distortion and recombination profiles, chromosomal pairing at meiosis and re-sequencing data direct us to the hypothesis of a reciprocal translocation in inverted orientation between distal portions of chromosomes 1 and 4. We tested our structural variation research tools to compare the A and B genomes of banana, for which structural differences are known. The results showed that our tools detected complete signatures of some structural changes but for others, they only detected partial signatures. The latter can still be informative in addition to other informations derived from genetic mapping and cytogenetic studies.