Intérêt des mélanges variétaux pour l'adaptation du blé dur à des milieux à faibles intrants et stressants

Interest of varietal mixtures for adaptation of durum wheat to low input and stressing environments

• Auteur / Autrice : Pauline Alsabbagh
• Direction : Jacques David
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génétique et génomique
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 29/03/2022
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : AGAP Institut, Amélioration Génétique et Adaptation des Plantes
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Génomique évolutive et gestion des populations (GE2pop)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jacques David, Jacques Le gouis, Lamis Chalak, Jérôme Enjalbert, Agnes Mignot
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jacques Le gouis, Lamis Chalak

Mots clés

Mots clés libres

Blé dur

Evolution expérimentale

Pool-seq

Mélanges variétaux

Rendement

Diversité génétique

Durum wheat

Experimental evolution

Pool-seq

Varietal mixtures

Yield

Genetic diversity

Résumé

Pour obtenir un rendement stable face à des changements climatiques imprédictibles, l'agroécologie préconise d'utiliser des variétés hébergeant une grande diversité génétique , tandis que la sélection de parentèle prédit au contraire que l'apparentement au niveau des traits sociaux devrait augmenter la fitness des individus. Les mélanges variétaux, où différents génotypes sont cultivés ensemble, montrent des résultats contrastés, en particulier pour le rendement en grains où des effets positifs et négatifs des mélanges ont été signalés. Pour comprendre les différents mécanismes adaptatifs de communautés diversifiées ainsi que leur effet sur la stabilité du rendement dans leurs environnements, le travail présenté ici a eu recours à des études multidisciplinaires, en combinant plusieurs approches scientifiques. Nous avons cultivé 96 mélanges indépendants composés chacun de 12 lignées pures de blé dur (Triticum turgidum ssp. durum Thel.), dans deux conditions environnementales contrastées pour le régime hydrique. Ces mélanges ont évolué durant 2 générations successives. À l'aide d'un génotypage dense, nous avons imputé des fréquences alléliques et un indice de diversité génétique sur plus de 96 000 locus pour chaque mélange à la génération initiale G0. Nous avons ensuite analysé l'effet de la diversité génétique sur les performances agronomiques en utilisant une approche pangénomique. Nous avons exploré l'hypothèse du gradient de contrainte, qui propose que plus la contrainte est élevée, plus l'effet de la diversité sur la performance du mélange est bénéfique. Dans un second temps, les fréquences des composantes des mélanges à chaque génération ont été estimée par une approche de pool sequencing. Nous avons constaté que la diversité avait en moyenne un effet négatif sur le rendement et ses composantes alors qu'elle était bénéfique sur le poids du grain. Il y avait peu de soutien pour la théorie de stress. Nous discutons de la manière d'utiliser les données génomiques pour améliorer l'assemblage des mélanges variétaux. Ainsi qu'on constate que les composantes des mélanges ont été sélectionnés selon deux types d'adaptation différents. Une adaptation à l'environnement par échappement au stress et une « adaptation en réponse à la compétition » démographique entre lignées les variétés générant plus de graines de petites tailles ayant été sélectionnées.

To obtain a stable yield in the face of unpredictable climatic changes, agroecology recommends using varieties with a high genetic diversity, while kin selection predicts on the contrary, that relatedness at the level of social traits should increase the fitness of people. Varietal mixtures, where different genotypes are grown together, show contrasting results, especially for grain yield where both positive and negative effects of mixtures have been reported. To understand the different adaptive mechanisms of diverse communities and their effect on yield stability in their environments, the work presented here used multidisciplinary studies, combining several scientific approaches. We cultivated 96 independent mixtures, each composed of 12 pure lines of durum wheat (Triticum turgidum ssp. durum Thel.), in two contrasting environmental conditions for the water regime. These mixtures have evolved over 2 successive generations. Using dense genotyping, we imputed allele frequencies and a genetic diversity index at over 96,000 loci for each mixture to the initial generation G0. We then analyzed the effect of genetic diversity on agronomic performance using a genome-wide approach. We explored the stress gradient hypothesis, which proposes that the higher the stress, the more beneficial the effect of diversity on mixing performance. In a second step, the frequencies of the components of the mixtures at each generation were estimated by a pool sequencing approach. We found that diversity had on average a negative effect on yield and its components while it was beneficial on grain weight. There was little support for the stress theory. We discuss how to use genomic data to improve the assembly of varietal mixtures. As we can see that, the components of the mixtures were selected according to two different types of adaptation. An adaptation to the environment by escape from stress and an ''adaptation in response to demographic competition'' between lines, where varieties generating more seeds of small sizes having been selected.