Exploration de la diversité naturelle de Medicago truncatula pour la croissance hétérotrophe des plantules en fonction de l'apport en nitrate et de la température

Exploring natural diversity of Medicago truncatula for seedlings heterotrophic growth depending on nitrate supply and temperature

• Auteur / Autrice : Douae Ben hdech
• Direction : Anis Limami, Béatrice Teulat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie et physiologie végétales
• Date : Soutenance le 10/11/2020
• Etablissement(s) : Angers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Écologie Géosciences Agronomie Alimentation (Rennes ; 2016-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Horticulture et Semences (2012-....) - Institut de Recherche en Horticulture et Semences / IRHS
• Jury : Président / Présidente : Didier Peltier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Juliette Leymarie, Jean-Bernard Cliquet, Anne Laperche
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Barre, Loïc Rajjou

Mots clés

Mots clés contrôlés

Processus hétérotrophes

Dissertation universitaire

Medicago truncatula

Marqueurs biologiques

Étude d'association pangénomique

Biomasse végétale

Plasticité phénotypique

Plants -- Qualité

Mots clés libres

Performance des plantules

Allongement des organes

Mobilisation de la biomasse de la graine

Physiotypes

Gwas

Plasticité phénotypique

Biomarqueurs

Seedling performance

Phenotypic plasticity

Organ elongation

Seed’s biomass

Mobilization

Physiotypes

Gwas

Biomarkers

Résumé

La levée des plantules est une phase critique du développement pour la réussite de l'établissement des cultures en raison de sa sensibilité aux conditions environnementales. Pour s'adapter à un contexte climatique et environnemental changeant, les plantules se retrouvent de plus en plus dans des conditions de basses températures avec de faibles disponibilités en éléments nutritifs, en particulier le nitrate. Dans ce contexte, la croissance hétérotrophe des plantules a été caractérisée dans des conditions contrastées d'apport en nitrate (présence, absence) et de température (17 °C, 10 °C) pour une core collection de 192 accessions de M. truncatula représentative de la diversité naturelle de cette espèce. Les caractères liés à l'allongement des organes et à la mobilisation de la biomasse de la graine ont été déterminés dans les différentes conditions environnementales et pour deux lots de graines différents. Des indices de plasticité de réponse des plantules à l'absence de nitrate et au froid ont également été déterminés. Le déterminisme génétique des caractères a été abordé par GWAS (Genome−Wide Association Study). Quels que soient la température et le lot de graines, l’absence de nitrate affecte la mobilisation de la biomasse des graines et le ratio des longueurs radicule/hypocotyle. Cependant, la large gamme de variabilité génétique de l'ensemble des caractères en réponse à l’absence de nitrate a révélé différentes performances des plantules au sein de la diversité naturelle. Grâce à des analyses en composantes principales (ACP) réalisées avec les indices de plasticité, nous avons identifié des physiotypes de comportements adaptatifs à l’absence de nitrate aux deux températures. Par ailleurs, d'autres physiotypes ont été identifiés en lien avec les caractéristiques explicatives de la croissance hétérotrophe et les conditions géoclimatiques d’origine des accessions. Enfin, l’analyse GWAS a permis d’identifier 221 loci associés à la majorité des caractères dans les diverses conditions environnementales étudiées. De même, 160 gènes candidats ont été identifiés à proximité de loci contrôlant 16 caractères par data mining. Parmi eux se trouvent deux clusters de gènes, l’un codant pour des transporteurs de sucres et l’autre pour des glutathion Stransférases, aux environs des loci associés à l’élongation des plantules en réponse à l’absence de nitrate. Cet ensemble de résultats ouvre différentes pistes pour élucider les bases génétiques de l'adaptation de la croissance hétérotrophe à l'absence de nitrate et au froid.

Seedling emergence is a critical phase of development for successful crop establishment due to its sensitivity to environmental conditions. In order to adapt to climatic and environmental context changing, seedlings are increasingly found in low temperature conditions with low availability of nutrients, especially nitrate. In this context, the heterotrophic growth of the seedlings was characterized under various conditions of nitrate supply (presence, absence) and temperature (17 ° C, 10 ° C) for a core collection of 192 accessions of M. truncatula representative of the natural diversity of this species. The traits related to organs elongation and to seed’s biomass mobilization were determined under different environmental conditions deriving from different seeds batches. Plasticity indices of the seedling response to the absence of nitrate and to the cold were also determined. The genetic determinism of the traits was dissected by genome-wide associationstudy (GWAS). The absence of nitrate affected the mobilization of the seed’s biomass and the Radicle : Hypocotyl length’s ratio, whatever the temperature and the seed batch. However, the large range of genetic variability across all traits inresponse to the absence of nitrate, revealed different seedling performances within natural diversity. A principal component analysis (PCA) carried out with plasticity indexes highlighted physiotypes of adaptive behavior to the absence of nitrate at the both studied temperatures. In addition, other physiotypes were identified in connection with the explanatory characteristics of heterotrophic growth and the native geoclimatic conditions of the accessions. Finally, GWAS revealed 221 loci associated with the most traits in the various environmental conditions studied.Likewise, 160 candidate genes were identified near loci controlling 16 traits by data mining, including two clusters of genes encoding sugar transporters and glutathione S-transferases surrounding loci associated with seedling elongation in response to the absence of nitrate. These results open up various perspectives for better analyzing the genetic bases of the growth adaptation of to the absence of nitrate and to the cold in heterotrophy.