Identification de déterminants génétiques impliqués dans le contrôle de l'accumulation de cadmium chez le tabac (Nicotiana tabacum L.).

Identification of genetic determinants controlling cadmium accumulation in tobacco (Nicotiana tabacum L.).

• Auteur / Autrice : Jérémy Bertrand
• Direction : Pierre Berthomieu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie, Interaction, Diversité Adaptative des Plantes
• Date : Soutenance le 30/11/2018
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences des Plantes de Montpellier
• Jury : Président / Présidente : Jacques David
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Berthomieu, Jacques David, Hélène Frérot, Catherine Ravel
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Hélène Frérot, Catherine Ravel

Mots clés

Mots clés libres

Cadmium

Qtl

Nicotiana tabacum

Résumé

Le cadmium est un élément non essentiel que la plante absorbe naturellement dans le sol. Le cadmium est en outre un des éléments les plus toxique pour l'Homme. Une particularité du tabac (N. tabacum) est de favoriser l'accumulation de cadmium dans les parties aériennes de la plante. Le cadmium accumulé dans les feuilles de tabac est alors transféré à l'Homme par la fumée des cigarettes. Depuis 2013, l'Organisation Mondiale de la Santé a demandé qu'un effort soit réalisé en vue de diminuer les teneurs en cadmium dans les produits dérivés du tabac. Dans cet objectif il est nécessaire d'identifier les acteurs génétiques impliqués dans la régulation de l'accumulation du cadmium dans les feuilles de tabac.Deux approches de génétique directe ont été développées. La première approche est une étude de génétique d'association menée sur un panel de 145 accessions de tabac. Plus de 5500 nouveaux SNP ont été découverts à partir de données de séquençage ARN des 145 accessions. La deuxième approche est une étude de génétique classique menée sur une population de génération F2. L'analyse en Bulk Segregant Analysis associée à un séquençage partiel du génome a révélé 1600 nouveaux SNP. Le phénotypage pour ces deux approches a été réalisé lors d'essais menés en champ dans les mêmes conditions de culture que la production de tabac en France. En parallèle, 73 gènes candidats ont été identifiés dans le génome pour examiner leur colocalisation avec les QTL sur la carte physique de référence.Malgré la faiblesse relative de la significativité des associations, six loci potentiellement impliqués dans le contrôle de la teneur foliaire en cadmium ont été retenus, chaque QTL expliquant 7 à 11 % de la variabilité phénotypique observée. Un de ces QTL a pu être validé par l'analyse de plantes F2 rétrocroisées dans un nouvel essai. Le positionnement des gènes candidats sur la carte de référence n'a pas révélé de colocalisation de gène à l'un ou l'autre des six QTL potentiels.

Cadmium is a non-essential element naturally absorbed by plants from soils. Moreover, cadmium is one of the most toxic elements to humans. A peculiarity of the tobacco (Nicotiana tabacum L.) is to accumulate the cadmium preferentially in leaves. Then the cadmium is transferred to humans by the cigarettes. Since 2013, the World Health Organization has tried to reduce the cadmium content in tobacco products. In this aim it is necessary to identify the genetic components involved in cadmium accumulation in the leaves.Two “forward” genetic approaches were developed. The first approach used was a genome wide association study (GWAS) based on 145 accessions of tobacco. More than 5.500 new SNPs were developed from RNA sequences data of 145 accessions. The second approach was based on the analyses of F2 plant population. A Bulk Segregant Analysis associated with a partial genome sequencing revealed more than 1.600 new SNPs. The phenotyping in these two approaches was processed in the same conditions as the cultivation of tobacco in France for cigarettes. In addition, 73 candidate genes were identified in the tobacco genome to analyze their co-localization with the QTL on the physical reference map.Despite the relative weakness of the significance levels of the associations, six loci potentially involved in the control of the leaf cadmium accumulation were retained, each QTL could explain 7 to 10 % of the phenotypic variability observed. One of these QTL was confirmed by the analysis of F2 plants backcrossed in a new field trial. However, the candidate genes mapping on the reference maps failed to associate any gene to one of the six QTL.