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Intégration de la diversité génétique dans un programme de sélection et optimisation de son utilisation pour l'amélioration génétique : une étude de cas sur le riz

par Van hieu Nguyen

Projet de thèse en Génétique et amélioration des plantes

Sous la direction de Jean Christophe Glaszmann et de Hayde Galvez.

Thèses en préparation à l'Université de Montpellier (2022-....) en cotutelle avec l'University of the Philippines Los Baños , dans le cadre de Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau , en partenariat avec AGAP Institut, Amélioration Génétique et Adaptation des Plantes (laboratoire) et de Dynamiques de la diversité, sociétés et environnements (DDSE) (equipe de recherche) depuis le 02-01-2020 .


  • Résumé

    La diversité génétique est nécessaire pour permettre l'évolution et l'adaptation des principales espèces de plantes cultivées face à l'accélération des changements environnementaux imposés par le changement climatique. Au cours de la longue histoire de la domestication des cultures, l'adaptation aux changements climatiques s'est faite par sélections conjointes des agriculteurs et l'environnement et a été déterminée génétiquement par la recombinaison, la mutation spontanée et le flux de gènes entre populations cultivées et sauvages. Il en résulte des constituants génétiques très différents entre les diverses accessions. L'amélioration génétique des plantes bénéficiera d'une meilleure compréhension de la diversité génétique, ce qui pourra conduire à un potentiel d'adaptation accru des populations de sélection. Il existe diverses méthodes et technologies présentant des avantages contrastés en termes de coût, de temps et de précision pour intégrer des allèles potentiellement précieux provenant de sources multiples, en particulier pour les caractères quantitatifs. La sélection génomique est l'une de ces méthodes et s'appuie sur des prédictions basées sur le génome entier, pour découvrir les meilleurs génotypes à partir d'un grand nombre de candidats à la sélection. Le programme d'amélioration génétique du riz de bas-fond irrigué récemment lancé à l'IRRI, combiné aux ressources génétiques et génomiques exceptionnelles disponibles pour le riz, offre des possibilités idéales pour développer des stratégies de pointe pour comprendre et intégrer la variation génétique dans un programme d'amélioration génétique appliqué. Les principales questions à aborder sont axées sur un processus progressif de caractérisation, d'élargissement et d'enrichissement génétique. Ces questions sont notamment les suivantes : -Quelles régions du génome sont sous-représentées dans le programme de sélection en raison d'une variation haplotypique réduite parmi les lignées d'élite ? - Quelles sont les diverses accessions susceptibles d'offrir une variation haplotypique avec un impact positif net dans la population de reproduction cible ? - Comment les approches fondées sur la sélection génomique peuvent-elles offrir une stratégie optimisée pour obtenir une meilleure accession pouvant être utilisée dans le programme de sélection ? Pour répondre à ces questions, nous utiliserons les informations génomiques de 4 400 accessions de riz diverses, en conjonction avec un panel de 200 lignées de sélection composé de lignées d'élite actuelles et des principaux fondateurs du programme de sélection. Les résultats de la thèse de doctorat sont exclus : i) Une caractérisation à haute résolution de la variation génétique de l'élite disponible dans le cadre du programme de sélection irriguée de l'IRRI, ii) l'identification d'haplotypes précieux parmi les 4 400 accessions de riz diverses, et iii) Une stratégie de sélection génomique améliorée conçue pour intégrer la variation des donneurs ciblés dans les populations de reproduction d'élite.

  • Titre traduit

    Integration of genetic resources from gene bank into breeding program and optimization of their use for genetic improvement: a case study on rice


  • Résumé

    Genetic diversity is necessary to empower the evolution and adaptation of major crop species against the accelerating environmental shifts imposed by climate change. During the long history of crop domestication, adaptation to changing climates has been accomplished by selection decisions made by farmers and the natural environment and was driven genetically by recombination, spontaneous mutation, and gene flow among cultivated and wild populations. This has resulted in very different genetic constituencies between diverse accessions of a crop species and their cultivated counterparts. Plant genetic improvement thus can benefit from a better understanding of genetic diversity, potentially leading to enhanced adaptive potential of breeding populations. Various methods and technologies are available with contrasting advantages in terms of cost, time, and precision for integrating potentially valuable alleles from multiple sources, especially for quantitative traits. Genomic selection is one of these methods, and relies on whole-genome based predictions, for discovering the best genotypes from a large number of selection candidates. The recently re-designed breeding program for irrigated lowland rice at IRRI combined with the outstanding genetic and genomic resources available for rice, offer an ideal scenario to develop state-of-the-art strategies for understanding and integrating genetic variation into an applied breeding program. The main questions to be tackled are focused on a stepwise process of genetic characterization, broadening and enriching. These questions include: -Which regions of the genome are depressed in the breeding program due to reduced haplotypic variation among elite lines? - Which diverse accessions are likely to offer haplotypic variation with a net positive impact in the target breeding population? - How might genomic selection based approaches offer an optimized strategy for deriving an improved accession that can be used in the breeding program? To answer these questions, we will use the genomic information from 4,400 diverse rice accessions, in conjunction with a core panel of 200 breeding lines composed of current elite lines and key founders of the breeding program. Excepted results from the PhD thesis are: i) A high resolution characterization of the elite genetic variation available within IRRI's irrigated breeding program, ii) The identification of valuable haplotypes among the 4,400 diverse rice accessions, and iii) An improved genomic selection strategy designed to integrate variation from targeted donors into elite breeding populations.