Étude des interactions génotype x environnement sur la phénologie du cerisier doux (Prunus avium)

Genotype x environment interactions study on sweet cherry (Prunus avium) phenology

• Auteur / Autrice : Camille Branchereau
• Direction : Elisabeth Dirlewanger, José Quero Garcia
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique
• Date : Soutenance le 25/04/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Bordeaux)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Adaptation du Cerisier au Changement Climatique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie du fruit et pathologie
• Jury : Président / Présidente : Valérie Schurdi-Levraud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Elisabeth Dirlewanger, José Quero Garcia, Valérie Schurdi-Levraud, Marie Laurence Leïla Moreau, Eric Duchêne, David Pot, Jean-Marc Celton
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie Laurence Leïla Moreau, Eric Duchêne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interaction gène-environnement

Locus à caractère quantitatif

Cerisier

Floraison

Changements climatiques

Mots clés libres

Floraison

Cerisier

Interaction génotype × environnement

QTL

Gènes candidats

SAM

Flowering

Flowering

Genotype-by-environment interaction

QTL

Candidate genes

MAS

Résumé

La date de floraison est un caractère d’intérêt majeur chez les espèces pérennes fruitières dont le cerisier (Prunus avium L.). Elle est très dépendante de l’environnement et a un impact majeur sur la formation des fruits : comme déjà observé, une mauvaise adéquation entre la date de floraison et les conditions environnementales peut entrainer d’importantes pertes économiques. La compréhension du déterminisme génétique de la date de floraison est donc primordiale pour optimiser les stratégies de sélection et créer de nouvelles variétés mieux adaptées aux conditions climatiques futures.Le premier objectif de cette thèse est d’étudier les interactions génotype x environnement (G × E) et QTL x environnement (QTL × E). Pour ce faire, une population intra-spécifique ‘Regina’ × ‘Lapins’ (n = 122) a été implantée dans cinq sites aux climats contrastés répartis dans quatre pays d’Europe. Il a ainsi été possible d’identifier deux QTL majeurs. Le premier, localisé sur le groupe de liaison 4, est trouvé dans tous les environnements sauf celui caractérisé par les températures les plus élevées (Murcie, en Espagne). Dans ce dernier environnement, le QTL majeur est localisé sur le groupe de liaison 1. Des interactions G × E et QTL × E fortement significatives ont été évaluées au moyen de différents modèles statistiques.Le second objectif de cette thèse est de cartographier finement le QTL du groupe de liaison 4 en utilisant une seconde population, ‘Regina’ x ‘Garnet’ (n = 1386). Ce QTL très stable, détecté durant toutes les années étudiées, explique la part la plus importante de la variance phénotypique dans ce matériel végétal. Ce QTL a pu être localisé dans un intervalle de 68kb, contenant douze gènes candidats caractérisés fonctionnellement en utilisant la nouvelle séquence du génome du cerisier issue du cultivar ‘Regina’. De plus, leur expression a été étudiée chez les cultivars ‘Regina’ et ‘Garnet’ au cours de la période allant de l’entrée en dormance jusqu’à la floraison, permettant d’identifier quelques candidats prometteurs. Aussi, deux marqueurs de type KASP ont été développés et validés sur différents fonds génétiques, et pourront être utilisés en sélection assistée par marqueurs (SAM) pour la date de floraison.A terme, l’ensemble de ces résultats devrait contribuer à accroître l’efficacité des programmes de sélection afin de créer de nouvelles variétés bien adaptées à leur site de plantation et d’assurer la production de cerises dans des zones géographiques couvrant une large gamme de climats.

Flowering date is a trait of main interest in perennial fruit species including sweet cherry (Prunus avium L.). It is highly dependent on the environment and has a major impact on fruit formation: as already observed, a poor synchronization between flowering date and the environmental conditions can lead to significant economic losses. Understanding the genetic determinism of the flowering date is therefore essential to optimize selection strategies and create new varieties better adapted to future climatic conditions.The first objective of this thesis is to study the genotype-by-environment (G × E) and QTL-by-environment (QTL × E) interactions. To do this, an intra-specific population called 'Regina' × 'Lapins' (n = 122) was planted in five locations with contrasting climates distributed in four European countries. It was thus possible to identify two major QTLs. The first one, located on linkage group 4, is found in all environments except the site located in Murcia (Spain), characterized by the highest temperatures. In the latter environment, the major QTL is localized on linkage group 1. Highly significant G×E and QTL×E interactions were assessed using different statistical models.The second objective of this thesis is to fine-map the QTL on linkage group 4 using a second population, 'Regina' x 'Garnet' (n = 1386). This QTL, very stable across years, explains the most important part of the phenotypic variation in this plant material. This QTL was detected in a 68-kb interval, containing twelve candidate genes that were functionally characterized using the new cherry genome sequence of the cultivar 'Regina'. In addition, their expression was studied in 'Regina' and 'Garnet' cultivars during the period from dormancy to flowering, leading to the identification of a few promising candidates. Also, two KASP markers have been developed and validated on different genetic backgrounds and can be used in marker-assisted selection (MAS) for flowering date.In the long term, these results should help breeders to create new varieties that are well adapted to their planting site and to ensure the production of sweet cherries in geographical areas covering a wide range of climates.