Plans de sélection multi-caractères pour les abeilles mellifères (Apis mellifera) : conception et efficacité

Multitrait selection breeding plans for honeybees (Apis mellifera) : design and efficiency

• Auteur / Autrice : Tristan Kistler
• Direction : Florence Phocas, Piter Bijma
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique animale
• Date : Soutenance le 08/04/2025
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay en cotutelle avec Wageningen Universiteit en Researchcentrum (Wageningen, Nederland)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement, Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génétique animale et biologie intégrative (Jouy-en-Josas,Yvelines ; 2009-....) - Génétique animale et biologie intégrative (Jouy-en-Josas,Yvelines ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : AgroParisTech
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Biosphera (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Christine Dillmann
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Florence Phocas, Gregor Gorjanc, Anna Krsitina Sonesson, Duur K Aanen, Ingrid David
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gregor Gorjanc, Anna Krsitina Sonesson
• DOI : 10.70675/462571f7zce85z4394zaaa0zad81b07359bd

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résilience

Consanguinité

Mots clés libres

Génétique quantitative

Abeilles domestiques

Simulation stochastique

Sélection animale

Paramètres génétiques

Quantitative genetics

Honeybees

Stochastic simulation

Animal breeding

Genetic parameters

Résumé

Des plans de sélection apicoles émergent dans le monde entier, visant à améliorer divers caractères tels que la production et la résilience. Cependant, les apiculteurs manquent de références et de méthodes pour optimiser la sélection. En effet, trois spécificités des abeilles compliquent l'application de la théorie générale de la sélection : l'haplo-diploïdie, l'accouplement polyandrique et précoce des reines, et l'expression des caractères au niveau de la colonie. Considérant ces spécificités, cette thèse explore des stratégies de sélection, l'estimation des paramètres génétiques, et propose un outil de simulation stochastique des schémas de sélection apicoles.Concernant les stratégies de sélection, les simulations montrent que la monoandrie (reine fécondée par un seul mâle) sur 20 ans de sélection phénotypique favorise le gain sur les effets génétiques exprimés par les groupes d'ouvrières par rapport à ceux exprimés par les reines et conduit à un gain génétique total similaire ou inférieur par rapport à la polyandrie, et une consanguinité de 25 à 50 % plus élevée. La sélection massale permet un gain génétique supérieur de 20 % à la sélection intrafamiliale, mais augmente la consanguinité de 33 %.La sélection précoce des mères dans le cadre d'une sélection sur valeurs génétiques prédites raccourcit les intervalles de génération d'un tiers et peut augmenter le gain génétique de 50 %, selon l'objectif de sélection considéré, bien qu'elle empêche le phénotypage des caractères tardifs sur les mères candidates à la sélection.Concernant l'estimation des paramètres génétiques, les simulations montrent que lorsque tous les faux-bourdons s'accouplant à une reine proviennent d'une seule reine productrice de faux-bourdons (DPQ), les erreurs d' estimation des paramètres génétiques diminuent de 10 % par rapport au cas où les faux-bourdons proviennent de trois DPQs sœurs. Cependant, l'incertitude quant à la stratégie d'accouplement utilisée parmi ces deux possibilités peut biaiser considérablement les estimations génétiques. Les DPQs sont souvent accouplées de manière non-dirigée car elles ne transmettent pas le matériel génétique obtenu par l'accouplement aux générations suivantes de la population sous sélection. Il est montré que l'ajout d‘un effet non génétique dans le modèle d'évaluation pour les sous-populations de faux-bourdons s'accouplant avec les DPQs corrige les phénotypes des colonies de DPQs sans introduire de biais dans les estimations des paramètres génétiques.En utilisant les données d'une petite population en sélection en Provence, les paramètres génétiques pour des caractères apicoles, de fécondité ou liés à la résilience sont estimés. Malgré l'incertitude due à des données limitées, la plupart des caractères, y compris ceux liés à la résilience, indiquent un potentiel de sélection, tandis que la tendance à l'essaimage et la douceur des colonies n'ont pas montré d'héritabilité.Tous les travaux de thèse visent à guider les apiculteurs-sélectionneurs dans l'amélioration génétique et la maîtrise de la consanguinité de leur cheptel. L'outil de simulation mis au point dans la thèse est disponible publiquement pour continuer d'explorer les plans de sélection apicole.

Breeding plans in honeybees are emerging worldwide, aiming to improve traits such as production and resilience. However, beekeepers lack references and methods to optimize selection. Indeed, three bee specificities complicate the application of general breeding theory: haplo-diploidy, early and polyandrous queen mating, and colony-level trait expression. Considering these specificities, this thesis explores selection strategies, estimation of genetic parameters, and contributes a stochastic simulation tool of bee breeding schemes.Regarding selection strategies, simulations showed that monoandry (queen fertilized by a single male) over 20 years of phenotypic selection favors gain on genetic effects expressed by worker groups over those expressed by queens and leads to similar or lower total genetic gain compared to polyandry, and 25-50% higher inbreeding. Mass selection yields 20% more genetic gain than within-family selection but increases inbreeding by 33%.Early dam selection based on estimated breeding values shortens generation intervals by a third and can increase genetic gain by up to 50%, depending on the breeding goal, despite impeding late-trait phenotyping on dam selection candidates.Regarding the estimation of genetic parameters, the simulations show that when all drones mating a queen originate from a single drone-producing queen (DPQ), standard errors of genetic estimates decrease by 10% compared to when drones originate from three sister-DPQs. However, pedigree uncertainty on which of these two mating strategies is used can severely bias genetic estimates. DPQs are often open-mated because they don't transmit the genetic material obtained from their mates to further generations of the breeding population. It is shown that correction of DPQ-colony phenotypes, by adding a non-genetic effect in the evaluation model for the drone subpopulations mating DPQs, avoids bias in genetic parameter estimates.Using data from a small breeding population in Southern France, genetic parameters for beekeeping traits, fecundity, and resilience traits were estimated. Despite uncertainty due to limited data, most traits, including those related to resilience, indicated potential for selection, while swarming drive and gentleness showed no heritability.This thesis work aims to guide bee breeders in the genetic improvement and inbreeding control of their stock. The simulation tool developed in this thesis is publicly available to explore breeding plans for honeybees further.