Étude des ressources génétiques du noyer en vue de la mise en œuvre d'une sélection assistée par marqueurs

Study of walnut genetic resources for the implementation of marker-assisted selection

• Auteur / Autrice : Anthony Bernard
• Direction : Elisabeth Dirlewanger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Végétale
• Date : Soutenance le 28/09/2020
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie du fruit et pathologie
• Jury : Président / Présidente : Michel Hernould
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Elisabeth Dirlewanger, Evelyne Costes, Didier Peltier, Laurent Bouffier, Vincent Ségura, Valérie Schurdi-Levraud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Evelyne Costes, Didier Peltier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Phénologie

Ressources génétiques

Étude d'association pangénomique

Noyers

Mots clés libres

Noix

Juglans

Gwas

Ressources génétiques

Core collection

Phénologie

Walnut

Juglans

Gwas

Genetic resources

Core collection

Phenology

Résumé

Les présents travaux réalisés sur le noyer ont consisté en l’exploitation des riches ressources génétiques disponibles à l’INRAE de Nouvelle-Aquitaine-Bordeaux, afin d’apporter les outils qui pourront être utilisés dans un nouveau programme de création variétale mené par le CTIFL, centre opérationnel de Lanxade. En effet, au regard du développement économique important de la noix, le choix variétal en France ne semble pas suffisant pour répondre aux futures nouvelles contraintes telles que la concurrence mondiale et le changement climatique. Le travail de prospection que l’on doit principalement à l’équipe d’Éric Germain a permis de rassembler sur l’UEA de Toulenne la majeure partie des espèces du genre Juglans et de nombreuses accessions de noyer cultivé, Juglans regia L. L’exploitation de ses archives accumulées pendant 30 ans a permis de rendre publiques d’importantes données chronologiques de phénotypage concernant cette collection. Ces données ont permis de montrer l’avancée de la phénologie des deux variétés témoins ‘Lara’ and ‘Franquette’, en lien avec le changement climatique. Grâce à un ensemble de 13 marqueurs SSR, des allèles spécifiques aux espèces Juglans ont été identifiés et la structure de la collection a été étudiée. Cette structure montre deux sous-groupes principaux, l’un comprenant des accessions d’Europe de l’est et d’Asie et l’autre, d’Europe de l’ouest et des Etat-Unis. Aussi, une core collection a été définie pour réaliser des études de GWAS sur les principaux caractères d’intérêt agronomique, de la fleur au fruit, grâce à l’utilisation d’une puce de 600 000 SNP mise au point par l’Université de Davis en Californie. Des associations entre des SNP et plusieurs caractères liés à la phénologie ont été mises en évidence, grâce aux données des archives et à celles nouvellement acquises. Un SNP fortement lié à la date de débourrement des feuilles et fleurs femelles a été identifié sur le chromosome 1 et co-localise avec un QTL détecté en parallèle sur une descendance F1. Un marqueur de type KASP a été validé avec du matériel végétal de l’Université de Davis. D’autres associations ont également été identifiées pour le type de dichogamie et de fructification, caractère intervenant directement sur le rendement, et ont mené à la définition de gènes candidats. D’autres analyses GWAS ont été conduites sur les caractères liés au fruit, comme la taille de la noix, son poids, le rendement au cassage et la force nécessaire pour rompre la coque. En parallèle, des méthodes utilisant des techniques de phénotypage robustes ont été développées, comme l’utilisation de la microtomographie à rayons X pour mesurer tous les caractères morphologiques, sans casser la noix. Enfin, un travail de comparaison de l’efficacité des deux types de marqueurs utilisés dans ces travaux, SSR et SNP, a été mené. Les résultats montrent que les 13 marqueurs SSR donnent des résultats similaires à plusieurs milliers de SNP en ce qui concerne les étapes de détermination de structure et de construction de core collections, incontournables dans le management des ressources génétiques. A terme, les résultats de ces travaux permettront d’initier une sélection assistée par marqueurs pour la création de nouvelles variétés, dans le cadre d’un nouveau programme d’amélioration qui sera mené par le CTIFL. Ces nouvelles variétés seront aptes à répondre aux critères recherchés dans les années à venir, prenant en compte le changement climatique.

The present work carried out on walnut consisted in exploiting the rich genetic resources available at the INRAE of Nouvelle-Aquitaine-Bordeaux, in order to provide the tools that can be used in a new breeding program conducted by the CTIFL, centre opérationnel de Lanxade. In fact, in view of the walnut's significant economic development, the choice of varieties in France does not seem to be sufficient to meet future new constraints such as global competition and climate change. The prospecting work carried out mainly by Éric Germain's team has made it possible to gather most of the species of the genus Juglans and numerous accessions of cultivated walnut, Juglans regia L, at the UEA of Toulenne. The use of his archives accumulated over 30 years permitted to make public important chronological phenotyping data concerning this collection. These data showed the advance of the phenology of the two control varieties 'Lara' and 'Franquette' in relation to climate change. Using a set of 13 SSR markers, alleles specific to Juglans species were identified and the structure of the collection was studied. This structure shows two main subgroups, one comprising accessions from Eastern Europe and Asia and the other from Western Europe and the USA. Also, a core collection was defined to carry out GWAS studies on the main traits of agronomic interest, from flower to fruit, using a 600,000 SNP chip developed by the University of Davis in California. Associations between SNPs and several phenology-related traits were identified using archives and newly acquired data. A SNP strongly related to the budbreak date of leaves and female flowers was identified on chromosome 1 and co-localized with a QTL detected in parallel on a F1 progeny. A KASP marker was validated with plant material from the University of Davis. Other associations were also identified for dichogamy and bearing habit, a trait directly affecting yield, and led to the definition of candidate genes. Further GWAS analyses were conducted on fruit-related traits such as nut size, weight, breaking yield and force required to break the shell. In parallel, methods using robust phenotyping techniques have been developed, such as the use of X-ray microtomography to measure all morphological traits without breaking the nut. Finally, work was carried out to compare the efficiency of the two types of markers used in this work, SSR and SNP. The results show that the 13 SSR markers give similar results to several thousands of SNPs with regard to structure determination and construction of core collections, which are essential in the management of genetic resources. In the long term, the results of this work will make it possible to initiate marker-assisted selection for the creation of new varieties, within the framework of a new improvement program to be carried out by the CTIFL. These new varieties will be able to meet the criteria sought in the coming years, taking into account climate change.