Identification des mécanismes cellulaires et moléculaires contrôlant l’expression de la vigueur germinative des semences de tournesol

Identification of molecular and cellular mechanisms responsible for the expression of seed vigour in sunflower

• Auteur / Autrice : Marine Saux
• Direction : Christophe Bailly, Hayat El Maarouf-Bouteau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie végétale
• Date : Soutenance le 14/12/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de biologie du développement (Paris ; 1997-2024)
• Jury : Président / Présidente : Arnould Savouré
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry André, Hélène Vanacker, Juliette Leymarie
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Grappin, Stéphane Mari

Mots clés

Mots clés contrôlés

Étude d'association pangénomique

Marqueurs biologiques

Semences -- Physiologie

Germination

Semences -- Qualité

Tournesol

Mots clés libres

Semences

GWAS

RNAseq

Tournesol

ROS

Vigueur

Germination

Résumé

La vigueur des semences est définie comme la propriété de celles-ci à germer rapidement et uniformément, dans de larges conditions agroclimatiques. Elle est multifactorielle et résulte à la fois de conditions environnementales, de la conservation et de la génétique des semences. L’objectif de ce travail de thèse était de comprendre les déterminismes physiologiques, moléculaires et biochimiques de la vigueur des semences de tournesol (Helianthus annuus). Cet objectif fondamental avait pour but de dégager des marqueurs de la vigueur valorisables d’un point de vue industriel. Une analyse physiologique de la vigueur germinative de 210 génotypes d’intérêt a été réalisé afin de balayer un maximum de la variabilité génétique et de sélectionner des génotypes sur lesquels a été effectué une caractérisation fine de la vigueur germinative. Cette caractérisation a été complétée par l’utilisation de modèles mathématiques qui ont permis d’obtenir des critères de choix fiables, pertinent et rationnels d’appréciation de la vigueur. Des analyses biochimiques ont été réalisées afin de caractériser la relation entre les ROS et le système antioxydant. Des analyses transcriptomique du type RNA sequencing ont caractérisé des gènes et réseaux de gènes impliqué dans la vigueur des semences et complétée par une analyse appelée GWAS qui permet de mettre en relation les analyses phénotypiques et les séquençages réalisés. En croisant les analyses RNAseq avec les analyses GWAS, nous avons pu lier 37 gènes avec des marqueurs SNP. Elle montre le rôle du métabolisme des ROS dans l’expression de la vigueur et a permis de développer un arbre de décision.

Seed vigour is defined has their capacity to germinate fast and uniformly, in different environmental condition. It is depending on environmental and conservative condition, also on seed genetics. These thesis objective was to understand the physiological, molecular and biochemical mechanisms of sunflower seed vigour. These theoretical objectives were designed to implement the characterization of vigour markers usable by Seed Company to help in their selection programs. A physiological analysis of seed vigour of 210 sunflower genotypes to evaluate the impact of genetic variability on seed vigour and choose several seed lots based on their germinative behaviour to characterize their vigour. This characterization was completed with mathematic model in order to obtain constants which represent pertinent, reliable and rational criteria of choice to evaluate seed vigour. The relationship between ROS and the antioxidant system has been characterized. transcriptome analysis using “RNA sequencing” was used to identify genes or gene networks involved in seed vigour. It was completed by GWAS analysis, which was designed to linked phenotypic results and SNP markers. Crossing RNAseq and GWAS results permitted to link 37 genes with SNP markers. Together, these results show the role of ROS metabolism in seed vigour expression and have helped to develop a decision tree to identify sunflower seed lots according to their vigour potential.