Thèse soutenue

Caractères biochimiques et histologiques impliqués dans les variations de digestibilité de paroi : de l’étude de leur variabilité à celle de leur déterminisme génétique. : Mise à jour des cibles majeures d’amélioration de la digestibilité dans un contexte de fort rendement chez les hybrides modernes de maïs fourrage

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Auteur / Autrice : Paul-Louis Lopez--Marnet
Direction : Valérie Méchin
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences végétales
Date : Soutenance le 10/12/2021
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : référent : AgroParisTech (France ; 2007-....)
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Biosphera (2020-....)
Laboratoire : Institut Jean-Pierre Bourgin (Versailles ; 2010-....) - AgroParisTech (France ; 2007-....)
Jury : Président / Présidente : Gabriel Paës
Examinateurs / Examinatrices : Bernadette Julier, Luc Saulnier, Matthieu Reymond, Marie-Françoise Devaux, Julie Fiévet, Alain Murigneux
Rapporteurs / Rapporteuses : Bernadette Julier, Luc Saulnier

Résumé

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Cette thèse CIFRE s’inscrit dans le cadre du projet DECLIC (New sources of cell wall degradability improvement and better understanding of degradability using cytologic approaches on lignocellulosic biomass and quantifications of ferulic and coumaric acids in maize) financé par sept entreprises de sélection du maïs membres de Promaïs (Maïsadour Semences, Caussade Semences, Euralis Semences, Bayer, KWS, RAGT Semences et Limagrain). L'objectif central de cette thèse est de mieux comprendre comment les spécificités de la paroi du maïs, notamment les quantités élevées d'acides p-hydroxycinnamiques, la structure de la lignine et la distribution tissulaire de la lignine impactent la digestibilité de la paroi. Cette thèse permettra ainsi de fournir des résultats et outils pour améliorer la digestibilité de la paroi et la qualité de l'ensilage dans les programmes de sélection du maïs tout en veillant à conserver de bons rendements.Dans la première partie de ce travail nous présentons le développement de deux outils haut débit. Depuis 1998, la valeur « Unité Fourragère Laitière, UFL » est utilisée comme critère d’inscription des variétés de maïs ensilage au catalogue français. L’estimation de cette valeur énergétique repose principalement sur la digestibilité de la matière sèche estimée par le protocole Aufrère. Nous apportons dans ce travail un éclairage sur le rôle clé de l’étape de gélatinisation dans ce protocole et proposons surtout une version améliorée fidèle, fiable, haut débit et facile à mettre en œuvre dans tous les laboratoires analytiques. Le second développement analytique concerne la mise au point d’une méthode automatique d’analyse d’images de coupes d’entrenœuds colorées au fasga et qui s’appuie sur les propriétés H, S et V de chaque pixel de l’image. La méthode proposée segmente automatiquement 44 tissus distincts : 29 tissus dans l’écorce, 10 tissus dans la moelle et 5 tissus dans les faisceaux.Forts de ces deux méthodes haut débit, nous avons caractérisés 80 hybrides modernes de maïs fourrages précoces fournis par les partenaires privés du projet pour leurs digestibilités, leur composition biochimique et la répartition tissulaire de leur lignification. Nous avons ainsi montré que trois paramètres biochimiques : la teneur en lignine dans la paroi, la structure des lignines et leur p-coumaroylation et trois paramètres histologiques : TM2b, TM5b et TB5 avaient un rôle important dans l’explication des variations de digestibilité de paroi. Nous avons ainsi décrit l’idéotype de maïs de bonne digestibilité comme un maïs limitant sa teneur en lignine dans la paroi dans une gamme déjà restreinte par la sélection, privilégiant des lignines condensées et peu p-coumaroylées et maximisant la proportion de tissus non lignifiés très digestibles dans sa moelle.Au sein d’une population de lignées recombinantes issue du croisement entre F4 (lignée cornée de bonne digestibilité à la moelle bleue) et F7 (lignée cornée de bonne digestibilité à la moelle rouge) nous avons étudié le déterminisme génétique des caractères liés à la digestibilité, la composition des parois et la répartition tissulaire de la lignification. Nous avons ainsi mis en évidence de nombreux QTLs ainsi que des clusters importants en sélection pour la digestibilité. Nous avons surtout décrypté le mécanisme de coloration bleue ou rouge de la moelle qui s’appuie sur 3 QTLs situés sur le bas du chromosome 5, le haut du chromosome 5 et le chromosome 7.Dans une dernière partie, nous avons discuté de l’ensemble des résultats obtenus dans ce travail de thèse et les avons mis en regard des questions d’amélioration de la digestibilité et du rendement dans les programmes de sélection du maïs fourrage. Nous avons particulièrement mis l’emphase sur l’importance et sur le pilotage de la coloration bleue de la moelle pour assurer à la fois une bonne digestibilité et de bonnes propriétés agronomiques aux maïs fourrage de demain.