Explorer les déterminants génétiques de l'efficacité de la transpiration au niveau de la plante chez le sorgho et le mil

Exploring the genetic determinants of transpiration efficiency at plant level in sorghum and pearl millet

• Auteur / Autrice : Laura Gregoire
• Direction : Vincent Vadez, Yves Vigouroux
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : BIDAP-Biologie et Amélioration des plantes
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 18/12/2024
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : DIADE - Diversité, Adaptation et DEveloppement des plantes
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Anthropisation de DYNAmique de la DIVersité Génétiques des Plantes
• Jury : Président / Présidente : David Pot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Karine Chenu, Llorenç Cabrera-bosquet, Alain Charcosset
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Karine Chenu, Alain Charcosset

Mots clés

Mots clés libres

Gwas

Sécheresse

Efficacité de la transpiration

Restriction de la transpiration

Sorgho

Mil

Gwas

Drought

Transpiration efficiency

Transpiration restriction

Sorghum

Pearl millet

Résumé

Cette thèse examine la base génétique de l'efficacité de la transpiration à l'échelle de la plante (TEplant), définie comme le ratio entre la biomasse aérienne et la transpiration cumulée. L'étude se concentre sur deux céréales tolérantes à la sécheresse, le sorgho et le mil. Malgré son importance pour la sélection des cultures, la base génétique de la tolérance à la sécheresse, en particulier celle de TEplant, reste largement inexplorée chez ces deux céréales. Nous avons étudié la variabilité de TEplant dans un panel de référence de mil et de sorgho. Les résultats montrent une héritabilité assez forte sein, ainsi que des interactions génotype-environnement. Des études d'association ont ensuite été menées sur TEplant, biomasse et transpiration dans les panels de sorgho et de mil. Plusieurs gènes candidats ont été identifiés pour le sorgho. De très nombreuses associations significatives chez le mil suggèrent sans doute la présence de nombreux QTLs à effet faible. Nous avons ensuite étudié des traits plus simples, possiblement reliés à TEplant qui pourraient être contrôlés par un nombre limité de gènes. L'un de ces traits, la restriction de transpiration sous une demande évaporative croissante, a été phénotypé sur trois plateformes expérimentales en utilisant un panel de sorgho. L'analyse a révélé une variabilité génétique, une forte héritabilité et l'implication de gènes candidats dans la régulation de ces traits. Elle a également souligné l'influence probable de facteurs environnementaux, tels que la texture du sol et l'espacement des plantes, sur la régulation des traits. L'analyse fonctionnelle des gènes candidats identifiés dans notre étude, ainsi que les études de phénotypage et d'association sur des traits simples liés à la tolérance à la sécheresse, ouvrent de nouvelles perspectives pour des recherches futures afin d'approfondir ces recherches.

This thesis investigates the genetic basis of plant-scale transpiration efficiency (TEplant), defined as the ratio of aerial biomass to cumulative transpiration over the crop cycle. The study focuses on two drought-tolerant crops, sorghum and pearl millet. Despite its significance for crop breeding, the genetic basis of TEplant, remains largely unexplored in these crops. We investigated variation in TEplant among genotypes in both species. This trait showed relatively large broad sense heritability, as well as genotype-environment interactions. Association studies were then performed on TEplantand its components in both sorghum and pearl millet panels. Several candidate genes were identified for sorghum. A large number of significant associations in pearl millet might point to the involvement of a large number of small-effect QTLs. We then shifted our focus to simpler traits, possibly related to TEplant, and that may be controlled by a limited number of genes. One such trait, the restriction of transpiration under increasing evaporative demand, was phenotyped across three experimental platforms using a sorghum panel. The analysis revealed genetic variability, strong heritability, and the involvement of candidate genes in regulating these traits. It also underscored the probable influence of environmental factors, such as soil texture and plant spacing, on trait regulation. The functional analysis of the candidate genes identified in our study, along with the phenotyping and association studies on simpler traits related to drought tolerance, opens new avenues for future research to further explore these findings.