Caractérisation fonctionnelle d'un QTL de développement racinaire détecté par GWAS dans une collection de variétés vietnamiennes de riz

Characterization of a QTL detected by GWAS and related to crown root development in Vietnamese rice collection

• Auteur / Autrice : Le Khanh Nguyen
• Direction : Pascal Gantet, Brigitte Courtois
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Agronomie
• Date : Soutenance le 30/11/2018
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : GAIA (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Diversité et Adaptation et Développement des plantes (DIADE), Montpellier
• Jury : Président / Présidente : Jacques Le Gouis
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Gantet, Brigitte Courtois, Jacques Le Gouis, Régine Pellan-Delourme, Daniel Prat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Régine Pellan-Delourme, Daniel Prat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résistance à la sécheresse

Riz

Racines (botanique)

Mots clés libres

Riz

Génétique d'association

Tolérance au stress hydrique

Développement racinaire

Expression de gène

Génomique fonctionnelle

Rice

Association mapping

Water stress tolerance

Root development

Gene expression

Functional genomics

Résumé

Le riz est l'une des céréales les plus importantes au monde. Au Vietnam, le riz est également considéré comme un produit agronomique clé pour l'exportation. Cependant, le stress dû à la sécheresse menace la production de riz de plus en plus fréquemment et sur de plus longues périodes. Les racines coronaires constituent une partie importante du système racinaire du riz et jouent un rôle crucial dans le maintien du rendement en cas de sécheresse. Le nombre de racines coronaires affecte la biomasse de racines et détermine la capacité de la plante à extraire les ressources du sol. Un QTL de NRC, qNCR11, localisé sur le chromosome 11, avait été détecté dans une étude d’association précédente utilisant un panel de riz vietnamiens. Dans notre étude, son effet sur le NCR, léger, a été validé par cartographie de QTL en utilisant une population biparentale . Afin de déterminer les gènes sous-jacents à qNCR11 et régissant l'initiation et le développement des racines coronaires, une étude de séquençage du génome entier et une étude d'expression ont été réalisées. Deux gènes candidats, NCR2 (NBS-LRR) et NCR3 (OsbHLH014) ont été identifiés. NCR2 portait un SNP non synonyme dans son ORF, provoquant un codon stop prématuré corrélé avec un NCR élevé; NCR3 était moins exprimé dans les bases de la tige des plantes à haplotype NCR élevé que chez les plantes à haplotype NCR faible. Des mutations dans ces gènes ont été obtenues à l'aide du système CRISPR / Cas9 et le phénotypage des lignées obtenues est en cours. Le QTL qNCR11 à effet mineur pourrait être utile aux sélectionneurs pour produire des variétés de riz avec un NCR augmenté ou diminué pour les différents écosystèmes-cibles, afin de favoriser l'extraction de l'eau dans des conditions de sécheresse.

Rice is one of the most important cereals worldwide. In Vietnam, rice is also known as a key agronomic product for exportation. However, drought stresses threaten rice production with an increasing frequency and for longer periods. Crown roots are a major component of rice root system and play a crucial role in maintaining yield under drought. The number of crown roots (NCR) impacts on root biomass and determines the ability of a plant to acquire soil resources. qNCR11, a QTL for NCR located on chromosome 11, was detected in a previous genome-wide association study using a Vietnamese rice panel. qNCR11 was validated to have a slight effect on NCR by QTL mapping using a biparental population in this study. To determine the genes underlying qNCR11 and governing crown root initiation and development, whole genome sequencing and expression study were performed. Two candidate genes, NCR2 (NBS-LRR) and NCR3 (OsbHLH014) were identified. NCR2 carried a non-synonymous SNP inside its ORF, causing a premature stop-codon that correlates with the high NCR trait; NCR3 was less expressed in stem bases of the high NCR haplotype plants relative to the low NCR haplotype plants. Mutations in these genes were obtained using the CRISPR/Cas9 system and the phenotyping of the obtained lines is on-going. The minor-effect qNCR11 could be useful for breeders to generate rice varieties with increased or decreased NCR for different target agro-systems, in order to enhance water extraction under drought stress.