Architecture génétique des traits de croissance et de ramification du chêne

Genetic architecture of growth and branching traits on oak

• Auteur / Autrice : Jialin Song
• Direction : François Colin, Oliver Brendel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Végétale et Forestière
• Date : Soutenance le 09/06/2017
• Etablissement(s) : Paris, AgroParisTech
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Etudes des Ressources Forêt-Bois
• Jury : Président / Présidente : Florence Fontaine
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Florence Fontaine, Valérie Legué, Catherine Rameau, Jean-Marc Gion, Patrick Heuret
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Valérie Legué, Catherine Rameau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Locus à caractère quantitatif

Ramifications (botanique)

Croissance -- Régulation

Bourgeons

Tests

Génétique forestière

Analyse

Tomographie

Chêne pédonculé

Mots clés libres

Chêne pédonculé

Tomographie

Épicormiques

Bourgeon latent

Traces raméales

Qtl

Pedunculate oak

Computed tomography

Epicormic

Latent bud

Rameal traces

Qtl

Résumé

Le chêne est la plus importante essence d’arbre de la forêt française. Malheureusement les épicormiques peuvent réduire considérablement la qualité de son bois. Des projets successifs ont été menés pour comprendre l’effet de l’ontogénie et de la sylviculture sur la ramification épicormique. Les effets génétique et de l’environnement ont été rapportés dans la littérature, mais très peu de connaissances sur l’architecture génétique de la ramification du chêne et de la ramification épicormique en général sont disponibles. Ce dernier projet vise à combler ces lacunes en quantifiant le contrôle génétique de traits de croissance et de ramification. Il tire profit de données observées extérieurement sur les troncs ou bien obtenues par tomographie à rayon X, de la carte génétique du chêne maintenant construite et d’une famille de pleins frères installée dans deux dispositifs expérimentaux. L’objectif est d’analyser et localiser des loci de traits quantitatifs (QTL) de la croissance et de la ramification sur la carte génétique du chêne pédonculé, afin de contribuer à la caractérisation de l’architecture génétique des ramification séquentielle et épicormique chez le chêne. Des descendances de plein frère issues d’un croisement interspécifique de Quercus robur ont été plantées dans deux sites au nord-est (CH) et au sud-ouest (BR) de la France avec des environnements et interventions sylvicultures complètements différents. Dans un premier temps, des billons d’un mètre du site BR ont été scannés par tomographie à rayon X et des traits de ramification ont été déduits de l’interprétation des images pour faire l’objet d’une analyse QTL. Dans un second temps, une analyse QTL a été menée sur des traits de ramification observés à l’extérieur sur des arbres des deux sites. La stabilité des QTL détectés dans les deux environnements a été évaluée. A la fin, nous avons abordé l’impact de la croissance sur la ramification via les QTLs détectés. Les analyses QTL ont révélé un contrôle génétique modéré sur la production des bourgeons latents. L’interaction entre les QTLs et les sites a été mise en évidence principalement en ce qui concerne le développement de la branchaison épicormique. Un contrôle génétique indépendant est suggéré pour la production des branches séquentielles. Plusieurs « hot-spots » de QTL ont été identifiés sur la carte génétique du chêne concernant les traits liés aux épicormiques et à la croissance. Nous faisons également l’hypothèse qu’une partie des contrôles génétiques que ces régions assurent sont liés à l’initiation du méristème axillaire et par ailleurs que certains contrôles génétiques de la ramification épicormique pourraient être impliqués dans le contrôle de la croissance. Nos résultats montrent que le contrôle génétique de la ramification épicormique est modéré et que l’effet de l’environnement intervient surtout dans le devenir des bourgeons latents en interaction avec l’effet génétique. Comme le génome du chêne a été séquencé récemment, des analyses bio-informatiques sont en cours pour tester si des gènes candidats liés aux phytohormones interviendraient sur les mécanismes génétiques dans ces régions génomiques identifiées comme liées aux traits de la ramification du chêne.

Epicormics may seriously impair the wood quality of oaks which are the most important hardwoods in French forestry. Successive projects have been carried out to understand the ontogenic and silviculture effects on sequential and epicormic branching. Effects of environment and genetics have been reported in the literature, but the knowledge about the genetic architecture of branching on oak and on epicormics in general is still limited. This last project quantifies this genetic architecture on growth, branching and especially epicormics traits. It takes advantage of observations from computed tomography (CT) or externally recorded, the genetic map of oak being built and a full-sib progeny installed in two experimental designs. The aim was to analyze and localize the Quantitative Trait Locus (QTLs) of the growth and branching traits on the genetic map of pedunculate oak, in order to contribute to characterize the genetic architecture of the sequential and epicormic branching on oak. A full-sibs offspring from an interspecific crossing of Quercus robur was planted at two sites in north-eastern France (CH) and south-western France (BR) with quite different environments and silvicultural intervention. In a first study, 1m-long logs from BR were scanned by CT; wood quality and branching traits were deduced on which a QTL analysis was performed. In a second study, QTL analysis was performed with traits deduced from external observation made on standing trees at the two sites. The QTL stability in two sites was evaluated. Finally, we questioned the impact of the tree growth on the branching through the QTLs detected. The QTL analysis revealed a moderate genetic control for latent bud production mainly. The interaction between the QTLs and the sites was highlighted especially concerning the development of epicormic branches. An independent genetic control was assumed for the sequential branches. Several “hot-spots” were identified on the genetic map of oak for the epicormic and growth traits. We suggest that some genetic controls of these regions are related to the axillary meristem initiation and that some genetic controls of the epicormic branching are probably involved also in the control of the tree growth. These results showed that the genetic control of epicormic branching is moderate and that the environment effect is likely involved more in the fate of these latent buds in interaction with the genetic effect. Since the oak genome was recently sequenced, a bioinformatics analysis is being performed on these regions for testing whether the candidate genes involved in plant hormones could explain the genetic mechanisms underlying these genomic regions related to the epicormic branching traits of the oak.