Etude des facteurs contrôlant l’efficacité de la sélection génomique chez le palmier à huile (Elaeis guineensis Jacq)

Study of factors affecting the accuracy of genomic selection in oil palm (Elaeis guineensis Jacq)

• Auteur / Autrice : David Cros
• Direction : Jean-Marc Bouvet, Leopoldo Sanchez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : BIP - Biologie Intégrative des Plantes - UM2
• Date : Soutenance le 11/12/2014
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Amélioration Génétique et Adaptation des Plantes/UMR AGAP Montpellier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascale Le Roy, Jacques David
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Brabant, Zulma Vitezica

Mots clés

Mots clés libres

Sélection génomique

Palmier à huile

Sélection récurrente réciproque

Modélisation

Simulations

Amélioration génétique

Genomic selection

Oil palm

Reciprocal recurrent selection

Modelisation

Simulation

Breeding

Résumé

La production agricole doit augmenter à un rythme jamais atteint pour faire face à la forte hausse attendue de la demande alimentaire. La sélection génomique (SG) pourrait y contribuer en donnant la possibilité de sélectionner des individus uniquement sur leur génotype, rendant ainsi l'amélioration génétique des rendements plus efficace. L'amélioration actuelle de la production du palmier à huile, première plante oléagineuse au monde, se fait par sélection récurrente réciproque pour produire des hybrides. L'intégration de la SG à ce schéma aurait des retombées majeures. Cette thèse vise à évaluer le potentiel de la SG pour prédire les aptitudes à la combinaison hybride dans les populations parentales (Deli et groupe B).Des données du dernier cycle d'amélioration ont permis d'obtenir la première estimation empirique de la précision de la SG. Malgré les petites populations disponibles pour calibrer le modèle génomique, cette étude a montré qu'avec des candidats à la sélection apparentés à la population de calibration (plein-frères, descendants), la précision était suffisante pour faire une présélection sur certaines composantes du rendement dans le groupe B. Par ailleurs, des simulations sur quatre générations ont montré que, pour plusieurs stratégies de SG (en particulier avec une calibration faite uniquement à la première génération en incluant des génotypes d'hybrides), la précision de sélection chez les individus non testés en croisement était suffisante pour sélectionner des parents uniquement sur leur génotype. Ceci a abouti à une augmentation de plus de 50% du gain génétique annuel. Une augmentation pus rapide de la consanguinité a aussi été mise en évidence, mais elle pourrait être limitée par des méthodes classiques de gestion de la consanguinité. Finalement, les données expérimentales et simulées indiquent que la SG pourrait diminuer l'intervalle moyen de génération et accroître l'intensité de sélection, accélérant ainsi considérablement le progrès génétique sur le rendement en huile de palme. Un schéma de sélection génomique récurrente réciproque est proposé pour le palmier à huile. Son application nécessite de confirmer expérimentalement les simulations en estimant sur plusieurs générations la précision de sélection sans recalibration du modèle. Ces futures recherches devraient utiliser les nouveaux modèles de SG, potentiellement plus efficaces (prise en compte des effets non additifs ou d'informations a priori sur les effets des marqueurs, etc.).

Agricultural production must increase at an unprecedented rate to meet the strong growth expected in food demand. Genomic selection (GS) could contribute to reaching this goal by allowing selection of individuals on their sole genotype, making breeding more efficient. Breeding for yield in oil palm, the first oil crop in the world, is currently based on hybrid production by reciprocal recurrent selection. The integration of GS to this scheme would have major repercussions. This thesis aims to assess the potential of GS to predict hybrid combining abilities in parental populations (Deli and group B). Data from the last breeding cycle were used to obtain the first empirical estimate of GS accuracy. Despite the small populations available to calibrate the genomic model, the study showed that with candidates related to the training population (sibs, progenies), the accuracy was sufficient to make a pre-selection in the group B on some yield components. In addition, simulations over four generations showed that the accuracy of several GS strategies (especially when training the model only in the first generation using hybrid genotypes) was high enough for non progeny tested individuals to allow selecting among them on their genotype. This resulted in an increase of more than 50% of annual genetic gain compared to traditional breeding. A faster increase in inbreeding was also demonstrated, but this could be limited by conventional methods of inbreeding management. Finally, the experimental and simulated data indicated that GS could reduce the average generation interval and increase the selection intensity, vastly speeding up the genetic progress for oil palm yield. A recurrent reciprocal genomic selection scheme was suggested for oil palm. Its application requires an experimental confirmation of the simulations, by estimating GS accuracy over several generations without retraining the model. Future research should use new GS models, potentially more effective (taking into account non additive effects or a priori information on marker effects, etc.).