Apport de la recombinaison dans l’optimisation des plans de croisements de blé tendre

Optimization of mating plans in bread wheat using recombination rate information

• Auteur / Autrice : Alice Danguy des deserts
• Direction : Pierre Sourdille
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie végétale
• Date : Soutenance le 15/12/2021
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génétique, Diversité et Ecophysiologie des Céréales
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christina Lehermeier, Friedrich Longin, Sylvie Norre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascale Le Roy, Olivier C. Martin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sélection végétale

Triticum aestivum

Mots clés libres

Blé tendre

Recombinaison méiotique

Croisements

Prédiction génomique

Bread wheat

Meiotic recombination

Crosses

Genomic prediction

Résumé

Le choix du plan de croisements représente un enjeu crucial en sélection afin d’assurer le progrès variétal à court et long terme. La distribution des valeurs génétiques des descendants d’un croisement tient compte de la complémentarité allélique des parents et de la probabilité de cumuler ces allèles dans les descendants par recombinaison. L’objectif de cette thèse est double : d’une part, étudier la variabilité du profil de recombinaison entre groupes génétiques divergents de blé tendre, et d’autre part, évaluer l’apport d’une prise en compte de la recombinaison dans l’optimisation des plans de croisements dans le cadre d’un programme de sélection de blé tendre d’hiver. Dans un premier temps, cette thèse a permis d’estimer le profil de recombinaison des quatre principaux groupes génétiques du blé tendre, à partir de leurs patrons de déséquilibre de liaison. La corrélation des taux de recombinaison diminue avec la différenciation génétique des groupes génétiques. Ce résultat suggère que les facteurs qui déterminent la position des crossing-over chez le blé tendre sont soumis à des forces évolutives. Dans un deuxième temps, les taux de recombinaison précédemment estimés et un modèle de prédiction génomique ont été utilisés pour prédire la valeur des croisements de blé tendre dans le cadre d’un programme de sélection simulé. Plusieurs critères de sélection des croisements décrits dans la littérature ont été comparés. Un nouveau critère a été développé qui trie les croisements d’après la proportion de descendants dont la valeur génétique est supérieure à un seuil. L’optimisation des plans de croisements a consisté à répartir le nombre de descendants total entre les meilleurs croisements, en prenant en compte des contraintes empiriques sur les contributions parentales, pour limiter la perte de diversité génétique. Par rapport à une simple sélection des croisements sur la valeur génétique des parents, les critères basés la recombinaison permettent un gain génétique plus important tout en limitant la perte de diversité génétique. La principale limite est le manque de précision de l’estimation des effets des marqueurs par la prédiction génomique. D’un point de vue plus appliqué, cette thèse a permis le développement d’un outil d’optimisation des plans de croisements. Cet outil performant en termes de rapidité de calcul sera enrichi et pourra aider les sélectionneurs à améliorer la conversion de la diversité génétique en progrès génétique.

The selection of the mating plan design is crucial decision in plant breeding programs to ensure short and long-term genetic gain. The distribution of progenies breeding values of a cross depends on the allelic complementarity of parents, the distribution of favorable alleles in parents and recombination rate between QTLs. The objectives of the thesis were: first to estimate recombination rates along the genome and analyze its variability in divergent genetic groups of bread wheat, then to evaluate the interest of recombination information in mating design optimization in a winter bread wheat breeding program. The first objective was to estimate the recombination profile of the four main genetic groups of bread wheat, from linkage disequilibrium patterns. The correlation of recombination rates decreases with genetic differentiation among groups. This result suggests that factors that control crossing-over positions are under evolution pressures. The second objective was to estimate cross values and optimize mating plans in a simulated breeding programs using those recombination profiles and a genomic prediction model to estimate marker effects. Several cross selection criteria described in literature were compared. A new criterion was proposed that allow to rank crosses according to the proportion of progeny superior to a fixed threshold. The optimization of mating plans consisted in attributing the total number of progenies to best crosses, considering empirical constraints on parental contributions to limit loss of genetic diversity. Compared to the selection of mating plan based on parental genetic values only, the criteria based on recombination information allow higher genetic gain while limiting the loss of genetic diversity. The main limitation is the lack of accuracy in marker effect estimation. In a practical point of view, this thesis allowed to develop a tool that optimize mating designs. This tool was optimized in terms of computation time and will be extended. It could help breeders to improve the conversion of genetic diversity into genetic gain.