Implication de la polyploïdie dans l’adaptation des agrumes au déficit hydrique et caractérisation de populations de porte-greffes hybrides tétraploïdes

Involvement of polyploidy in citrus adaptation to water deficit and characterization of tetraploid hybrid rootstock populations

• Auteur / Autrice : Lény Calvez
• Direction : Raphaël Morillon, Olivier Gros
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences agronomiques, biotechnologies agro-alimentaires
• Date : Soutenance le 28/11/2022
• Etablissement(s) : Antilles
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Dynamique des environnements dans l'espace Caraïbes-Amériques (Pointe-à-Pitre ; 2022-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de coopération internationale en recherche agronomique pour le développement (France). Délégation (Guadeloupe) - Amélioration Génétique et Adaptation des Plantes/UMR AGAP Montpellier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Raphaël Morillon, Olivier Gros, Patrice This, Nathalie Prat Léonhardt, Patrick Ollitrault, Jérémie Santini, Dominique Monti
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patrice This, Nathalie Prat Léonhardt
• DOI : 10.70675/74ac21e6z5cd3z47a6zacfbz2aff4e8ca7b8

Mots clés

Mots clés contrôlés

Amélioration génétique

Méiose

Mots clés libres

Citrus

Polyploïdie

Déficit hydrique

Ségrégation

Meiosis

Polyploidy

Water deficit

Allelic segregation

Résumé

L’agrumiculture représente la première production fruitière mondiale. Cette industrie estsoumise à de nombreuses contraintes environnementales qui affectent fortement ledéveloppement des arbres, le rendement et la qualité des fruits. Les agrumes tolèrent très peules climats froids et sont donc cultivés dans les zones tropicales et subtropicales. Avec lechangement climatique, ces zones sont soumises à une augmentation et une intensification desépisodes de sécheresse. L’utilisation de porte-greffes est essentielle en agrumiculture, elleconfère une tolérance, voire une résistance aux maladies, aux ravageurs et aux contraintespédoclimatiques. Durant ces dernières années, les programmes d’amélioration des agrumesont porté un intérêt plus particulier sur la polyploïdie, celle-ci améliorant l’adaptation des portegreffesaux contraintes environnementales. Ce travail de thèse a pour objectif d’identifier lesdéterminants physiologiques et moléculaires impliqués dans la tolérance des polyploïdes audéficit hydrique et de caractériser génétiquement deux nouvelles populations de porte-greffeshybrides tétraploïdes (4x) pour la sélection de nouveaux génotypes mieux adaptés auxcontraintes actuelles de l’agrumiculture. Dans un premier volet, nous avons examiné la réponseau déficit hydrique de quatre combinaisons de scions et de porte-greffes avec différents niveauxde ploïdie : le limettier Mexicain diploïde (2x) (Citrus aurantiifolia) et le limettier Tahiti triploïde(3x) (C. latifolia) ont été greffés sur des porte-greffes citrumelo (C. paradisi × Poncirus trifoliata)2x et 4x. Afin de caractériser les traits de tolérance au déficit hydrique, des étudesphysiologiques, hormonales, biochimiques et transcriptomiques ont été réalisées. Ces analysesont permis de mettre en évidence une meilleure adaptation des porte-greffes 4x vis-à-vis dudéficit hydrique lorsqu’ils sont cultivés en pots. Dans un second volet, nous avons généré deuxpopulations de porte-greffes hybrides 4x : une population de 125 individus issue del'hybridation entre les porte-greffes volkameriana 4x (C. reticulata x C. medica) et citrumelo 4x(C. paradisi x P. trifoliata) et une population de 58 individus issue du croisement entre levolkameriana 4x et le citrandarin 4x (C. reticulata x P. trifoliata). Un génotypage des hybridespar la méthodologie KASPar a permis d’établir une carte génétique du citrumelo et une analysedu comportement méiotique du citrumelo et du citrandarin. Un faible taux de recombinaison aété observé et s’explique par un appariement chromosomique préférentiel élevé se traduisantpar une ségrégation intermédiaire à tendance disomique. Ce type de ségrégation, permet latransmission à la descendance d’une grande part de la valeur génétique des porte-greffesintergénériques d'origine. Dans un troisième et dernier volet, une caractérisation génétiqueplus fine a été réalisée à partir de données GBS de 103 hybrides de la population de portegreffes4x volkameriana x citrumelo. Deux cartes génétiques de hautes densités ont étégénérées. L’analyse complète du fonctionnement méiotique des deux géniteurs a mis enévidence une ségrégation intermédiaire à tendance disomique pour le citrumelo et uncomportement méiotique plus complexe pour le volkameriana avec un mélange de profil deségrégation. L’héritabilité de gènes d’intérêt impliqués dans la tolérance au HLB et la résistanceau CTV et aux nématodes a été étudiée au sein de la population. Pour finir, un phénotypage dudéveloppement racinaire a été réalisé afin d’évaluer les capacités d’enracinement de chaquehybride en vue de sélectionner des porte-greffes plus tolérants au déficit hydrique. Les donnéesde phénotypage ont ensuite été couplées aux données GBS dans le but d’effectuer une étuded’association génétique pour identifier des QTL impliqués dans le développement etl’élongation racinaire.

Citrus is the major horticultural crops grown worldwide. This industry is subjected to numerousenvironmental constraints that strongly affect tree development, yield and fruit quality. Citrusare grown in tropical and subtropical areas. With climate change, these areas are subjected toan increase and intensification of drought events. The use of rootstocks is essential incitriculture since they confer tolerance and even resistance to diseases, pests and pedoclimaticconstraints. In recent years, some citrus breeding programs focused on polyploidy, whichimproves rootstock adaptation to environmental constraints.The objective of this thesis was to identify the physiological and molecular determinantsinvolved in the tolerance of polyploids to water deficit and to genetically characterize two newpopulations of tetraploid hybrid rootstocks for the selection of new genotypes better adaptedto current citrus constraints.In the first part, we examined the response to water deficit of four scion / rootstockcombinations with different ploidy levels: diploid (2x) Mexican Lime (Citrus aurantiifolia(Christm.) Swing.) and triploid (3x) Persian Lime (C. latifolia Tan.) were grafted onto 2x andtetraploid (4x) Swingle citrumelo rootstocks (C. paradisi Macf. × Poncirus trifoliata (L.) Raf.). Inorder to characterize water deficit tolerance traits, physiological, hormonal, biochemical andtranscriptomic studies were performed. These analyses allowed to highlight a better adaptationof 4x rootstocks to water deficit when grown in pots.In a second part, we generated two populations of 4x hybrid rootstocks: i) a population of 125individuals resulting from the hybridization between Volkamer lemon 4x (C. reticulata Blanco xC. medica L.) and Swingle citrumelo 4x (C. paradisi x P. trifoliata) rootstocks; ii) a population of58 individuals resulting from the cross between Volkamer lemon 4x and citrandarin 4x (C.reticulata x P. trifoliata). Hybrids genotyping using KASPar methodology allowed us to establisha genetic map of Swingle citrumelo and analyse the meiotic behavior of Swingle citrumelo andcitrandarin. A low recombination rate was observed and was explained by a high preferentialchromosomal pairing resulting in an intermediate segregation with a disomic tendency. Thistype of segregation allows the transmission to the progeny of a large part of the genetic valueof the original intergeneric rootstocks.In a third and final part, a more detailed genetic characterization was carried out from GBS dataof 103 hybrids of the 4x rootstock population, Volkamer lemon x Swingle citrumelo. Two highdensity genetic maps were generated. Complete analysis of the meiotic behavior of the twoprogenitors revealed an intermediate segregation with disomic tendency for Swingle citrumeloand a more complex meiotic behavior for Volkamer lemon with a mixed segregation patterns.The transmission of genes of interest involved in Huanglonbing (HLB) tolerance as well as incitrus tristeza virus (CTV) and nematodes resistance was studied within the population. Finally,a phenotyping of root development was performed to evaluate the rooting capacity of eachhybrid and select in turn rootstocks more tolerant to water deficit. Indeed, a deep root systemis considered as a major trait of drought adaptation. The phenotyping data were coupled withGBS data for genetic association study to identify QTLs involved in root development andelongation.