L'"EpiBreeding" du rendement en graines et de la vigueur chez le colza

TheEpibreeding of seed yield and vigor in Canola

• Auteur / Autrice : Essè Ifèbi Hervé Akpo
• Direction : Olivier Voinnet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Strasbourg2000-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes -- Amélioration génétique

Génétique végétale

Génétique

Graines de colza

Résumé

[. . . ] Le Colza est une oléagineuse et la deuxième céréale d’importance économique après le Soja. Il est principalement cultivé pour ses qualités nutritionnelles et pour la production de biocarburant. Parmi les différentes techniques d’amélioration variétale, la sélection sur critère physiologique a particulièrement retenu notre attention. Se basant sur des valeurs extrêmes d’efficacité d’utilisation de l’énergie cellulaire (Energy Use Efficiency, EUE), des plantes d’une même population de cultivar Simon ont été sélectionnées pour une vigueur et un rendement en graines amélioré ou atténué. L’EUE se définit comme étant le rapport entre le taux de NAD(P)H sur la respiration cellulaire. Le NAD(P)H est un intermédiaire énergétique dans les réactions biochimiques dont celle d’oxydoréduction qu’est la respiration cellulaire. La plante sélectionnée comme ayant la plus faible respiration cellulaire (fort EUE) parmi 200 individus testés a été propagée de génération en génération et a aboutit aux lignées LR76 et LR77 qui présentent un fort rendement en graines et qui sont plus vigoureuses que Simon, la lignée de départ. Celle sélectionnée comme ayant la plus forte respiration cellulaire (faible EUE) a été aussi propagée de génération en génération et a conduit aux lignées HR80 et HR82 présentant un rendement et une vigueur réduites par rapport à Simon. Il en découle que les génotypes ou lignées à faible respiration tendent à être plus performants, observation faite chez d’autres espèces telles le ray-grass anglais, le concombre ou la tomate. Dans le but d’améliorer davantage la vigueur et le rendement, un nouveau cycle de sélection a été initié avec la lignée LR76. Cette sélection a conduit à la lignée Crashed, un génotype qui présente un rendement réduit par rapport à LR76 et des altérations morphologiques. La sélection de Crashed souligne un effet seuil dans l’amélioration de la vigueur et du rendement en graines du colza via la sélection de génotypes de fort EUE. L’objet de cette thèse porte sur la caractérisation moléculaire des génotypes ainsi sélectionnés. Pour cette étude, nous avons tenté d’identifier, dans un premier temps, l’origine des différences phénotypiques entre les lignées par l’examen des axes génétique et épigénétique. Notre attention s’est ensuite portée sur le transcriptome des lignées dans le but d’identifier et de caractériser les voies biologiques différentiellement régulées qui interviendraient dans la vigueur et le rendement en graines des plantes ainsi sélectionnées. [. . . ]

[. . . ] Canola is the second most heavily traded oleaginous crop after soya. Canola is especially bred for the nutritional value of its oil and the production of biodiesel. Among the plant breeding methods, the physiological selection criterion caught our attention. Based on the extremes values of the distribution in energy use efficiency (EUE), isogenic plant individuals from a canola double haploid population “Simon” were bred for improved and reduced seed yield and vigor. Energy use efficiency is the ratio of NAD(P)H versus respiration. NAD(P)H is a high-energy intermediate in biochemical redox reactions such as cellular respiration. Out of 200 seedlings, the plant with the lowest respiration (high EUE) was withheld and propagated through selfings. From this selection, the low respiring sublines LR76 and LR77 were generated and displayed an improved vigor and seed yield than that of the control Simon from which the selection had been initiated. Similarly, the plant with the highest respiration (low EUE) was retained for additional rounds of selection and led to the high respiring sublines HR80 and HR82 with a reduced vigor and seed yield relative to Simon. Hence, low respiring canola genotypes tend to perform better, as observed also with perennial ryegrass, cucumber or tomato. To further increase vigor and seed yield through selection for reduced respiration, an additional selection was initiated with LR76. This approach led to “LR76-Crashed” (Crashed); a lineage displaying reduced vigor and seed yield when compared to LR76 and morphological abnormalities. The selection of Crashed underlies a threshold effect in breeding improved vigor and seed yield genotypes under extended high EUE. The aim of this thesis was the molecular characterization of the selected sublines of cv. Simon. We first attempted to disentangle genetic and epigenetic contributions to the phenotypic variation among the selected sublines. We further paid attention to the transcriptome of the sublines in order to identify differentially expressed genes and biological pathways, which could play a role in vigor and seed yield. [. . . ]