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Évaluation des effets des conditions environnementales sur les propriétés du bois et leur contrôle génétique chez l'épinette blanche (Picea glauca (Moench) Voss)

Soro, André 20 April 2022 (has links)
Composée surtout de conifères, la forêt boréale est un important puits de carbone et représente la principale source de matière première pour la fabrication du papier et du bois d'œuvre à l'échelle mondiale. Toutefois, les changements climatiques affectent ce biome et menacent sa stabilité. Par ailleurs, le bois issu de cette forêt est de plus en plus utilisé comme matériau, car il est renouvelable et capable de stocker du CO₂. Le faible impact environnemental du bois en fait un matériau intéressant dans le contexte des changements climatiques. Cependant, pour que le bois soit aussi compétitif que d'autres matériaux tels que l'acier ou le béton, les producteurs doivent garantir la qualité du produit. Ainsi, plusieurs approches sont utilisées pour permettre le maintien d'un approvisionnement en bois ayant des propriétés physiques et mécaniques qui répondent aux attentes des utilisateurs. L'une des approches utilisées par les gestionnaires forestiers est le reboisement par sélection génétique des arbres. Cette méthode peut à la fois garantir le maintien d'une production de bois de qualité, une croissance rapide et une résistance accrue aux parasites. C'est dans ce cadre que se situe ce travail de thèse. Nous avons séparé les sources de variation et évalué le contrôle génétique de la densité du bois qui représente un caractère clé pour la qualité du bois. Ensuite, nous avons évalué l'effet de la sécheresse sur les propriétés et la conductivité spécifique du xylème par une expérimentation d'arrosage en serre sur des clones d'épinette blanche. Les caractères qui ont été étudiés sont la densité du bois, la croissance des arbres, la biomasse, la largeur et la longueur des trachéides et le nombre de ponctuations par trachéides. Le contrôle génétique sur la variation de ces caractères a été estimé par des mesures d'héritabilité. Les résultats du premier chapitre ont démontré que la variation moyenne de la densité du bois est principalement contrôlée par la génétique. Les programmes d'amélioration génétique pourraient donc sélectionner des arbres à partir de ce caractère. Les deux derniers chapitres ont mis en évidence que les clones utilisent différentes stratégies d'adaptation à la sécheresse et que certains sont moins sensibles que d'autres. Ces résultats indiquent qu'il existe un potentiel de sélection clonale pour l'augmentation de la résistance à la sécheresse chez les semis d'épinette blanche. L'interdisciplinarité de cette thèse permet de contribuer à l'avancée des connaissances fondamentales de la science forestière en plus d'apporter des résultats pratiques qui permettront d'orienter les efforts de sélection des arbres pour le reboisement. / Composed mostly of conifers, the boreal forest is an important carbon sink and is the main source of raw material for the manufacture of paper and lumber of worldwide. However, climate change is affecting this biome and threatening its stability. In addition, wood from this forest is used more and more as a material, because it is renewable and capable of storing CO₂. The low environmental impact of wood makes it an interesting material in the context of climate change. However, for wood to be as competitive as other materials such as steel or concrete, producers must guarantee the quality of the product. Thus, several approaches are used to allow the maintenance of a supply of wood having physical and mechanical properties which meet the expectations of the users. One of the approaches used by forest managers is reforestation by genetic selection of trees. This method can ensure both maintenance of quality timber production, rapid growth and increased resistance to pests. It is within this framework that this thesis work is situated. We separated the sources of variation and assessed the genetic control of wood density which is a key trait for wood quality. Next, we evaluated the effect of drought on the properties and specific conductivity of the xylem by a greenhouse watering experiment on white spruce clones. Traits that have been studied are wood density, tree growth, biomass, tracheid width and length, and number of pits per tracheid. The genetic control over the variation of these traits was estimated by heritability measurements. The results of the first chapter demonstrated that the average variation in wood density is mainly controlled by genetics. Genetic improvement programs could therefore select trees from this trait. The last two chapters have shown that the clones use different drought adaptation strategies and that some are less sensitive than others. These results suggest that there is potential for clonal selection for increasing drought resistance in white spruce seedlings. The interdisciplinarity of this thesis makes it possible to contribute to the advancement of fundamental knowledge of forest science in addition to providing practical results that will guide efforts to select trees for reforestation.
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Genetics of gene expression in conifers

Verta, Jukka-Pekka 20 April 2018 (has links)
Décrire les bases génétiques de la variation phénotypique est un but important en biologie; c’est aussi nécessaire pour comprendre l’évolution et développer des outils utilisables en amélioration et conservation. L’expression des gènes, mesurée par le niveau de transcrits produits, reflète l’activité des gènes et la variation de cette expression influence les phénotypes moléculaire et physiologiques en aval. Cette thèse présente deux expériences visant à développer une approche complémentaire aux méthodes traditionnelles souvent inapplicables chez les conifères afin d'étudier les bases génétiques de la variation d’expression génique chez l’épinette blanche (Picea glauca, Moench. Voss). Analyses des tissus haploïde et diploïde de semences à l’aide de biopuces d'expression et de RNA-seq ont permis de décrire la variation d’expression selon la complexité des bases génétiques, la fonction biologique des gènes impliqués, la liaison génétique entre les effets et les gènes influencés, la spécificité des effets génétiques aux allèles, et l’additivité des effets génétiques chez des individus hétérozygotes. Les effets ayant des bases génétiques relativement simples étaient majoritairement uniques à chaque individu et surreprésentés au sein des gènes impliqués dans la réponse au stress et les gènes dupliqués, suggérant un rôle adaptif. Les effets liés aux variations génétiques situées au sein du gène peuvent être particulièrement importants pour l’adaptation en raison de leur plus grande additivité et spécificité allélique. Une minorité des effets locaux étaient non-spécifiques aux allèles, en accord avec une action de facteurs de régulations indépendants mais étroitement liés au gène ou une auto-régulation de la transcription par le gène lui-même. Une grande partie de la variation d'expression locale montrait des signes de compensation entre des effets spécifiques et non-spécifiques aux allèles, possiblement en raison d'une sélection qui favoriserait un lien étroit entre les effets agissant sur le même gène. Les effets non-liés, non-spécifiques aux allèles, étaient transmis de façon cohérente avec la théorie physiologique de Wright sur la dominance, suggérant qu'ils modulent l'expression en interaction avec d'autres facteurs. L’approche développée dans cette thèse peut potentiellement être appliquée à la large gamme des conifères, avec le possibilité d’étudier le rôle de l'expression dans la divergence entre les populations et les espèces. / Dissecting the genetic bases of phenotypic variation is a major goal in biology and underlies basic understanding of evolution as well as development of practical applications in breeding and conservation. Gene expression (transcript accumulation) reflects gene activity and variation therein translates to variation in other molecular and physiological phenotypes. The goal of my thesis was to establish a novel system for the genetic dissection of expression variation in white spruce (Picea glauca, Moench. Voss) because conventional approaches are mostly unfeasible in conifers. The approach that was used in developing this system is based on analyzing gene expression in the haploid and diploid meiotic seed tissues. Expression analysis using both microarray and RNA-seq techniques revealed a complex and diverse genetic basis for expression variation, which was dissected according to the complexity of genetic bases, focal gene function, effect linkage, effect allele-specificity and additivity of expression variation in heterozygous individuals. Expression variation with simple genetic bases was largely unique to each of two studied individuals and was biased towards genes involved in stress-response and duplicated genes, indicating that it may have adaptive value. Genetic variation in linkage with the expressed gene may be particularly important in adaptive evolution because of their additive effects, associated with their allele-specificity. A minority of local effects was non-specific to alleles, consistent with the action of closely linked but independent regulatory factors or self-regulation of transcription. Much of local expression variation showed evidence of compensation by allele-specific and non-specific effects, suggesting that selection has favored close linkage between certain effets acting on the same gene. Unlinked effects, always non-specific to alleles, exhibited inheritance consistent with Wright’s physiological theory of dominance suggesting that they influence expression in interaction with other partners. Furthermore, widespread dominance/recessivity in expression variation may explain the observation of highly pleiotropic effects influencing key cellular processes and suggests that recessive expression variation may contribute to inbreeding depression. The approach developed in this thesis can potentially be applied to other conifers because of their shared reproductive biology, and can be used to address the role of expression variation in the divergence of populations and species.
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Copy number variations in the gene space of Picea glauca

Sahli, Atef 12 September 2019 (has links)
Les variations de nombre de copies (VNCs) sont des variations génétiques de grande taille qui ont été détectées parmi les individus de tous les organismes multicellulaires examinés à ce jour. Ces variations ont un impact considérable sur la structure et la fonction des gènes et ont été impliquées dans le contrôle de différents traits phénotypiques. Chez les plantes, les caractéristiques génétiques des VNCs sont encore peu caractérisées et les connaissances concernant les VNCs sont encore plus limitées chez les espèces arborescentes. Les objectifs principaux de cette thèse consistaient i) au développement d’une approche pour la détection de VNCs dans l’espace génique de conifères arborescents appartenant à l’espèce P. glauca, ii) à l’estimation du taux de mutation des VNCs à l’échelle du génome et iii) à l’examen des profils de transmission des VNCs d’une génération à la suivante. Nous avons utilisé des données brutes de génotypage par puces de SNPs qui ont été générées pour 3663 individus appartenant à 55 familles biparentales, et avons examiné plus de 14 000 gènes pour identifier des VNCs. Nos résultats montrent que les VNCs affectent une petite proportion de l’espace génique. Les polymorphismes de nombre de copies observés chez les descendants étaient soit hérités soit générés par des mutations spontanées. Notre analyse montre aussi que les estimés du taux de mutation couvrent au moins trois ordres de grandeur, pouvant atteindre de hauts niveaux et variant pour différents gènes, allèles et classes de VNCs. Le taux de mutation du nombre de copies était aussi corrélé au niveau d’expression des gènes et la relation entre le taux de mutation et l’expression des gènes était mieux expliquée dans le cadre de l’hypothèse de barrière par la dérive génétique. Concernant l’hérédité des VNCs, nos résultats montrent que la plupart de ces derniers (70%) sont transmises en violation des lois mendéliennes de l’hérédité. La majorité des distorsions de transmission favorisaient la transmission d’une copie et contribuaient à la restauration rapide du génotype à deux-copies dans la génération suivante. Les niveaux de distorsion observés variaient considérablement et étaient influencés par des effets parentaux et des effets liés au contexte génétique. Nous avons aussi identifié des situations où la perte d’une copie de gène était favorisée et soumise à différentes formes de pressions sélectives. Cette étude montre que les mutations de novo et les distorsions de transmission de VNCs influencent la diversité génétique présente chez une espèce et jouent un rôle important dans l’adaptation et l’évolution. / Copy number variations (CNVs) are large genetic variations detected among the individuals of every multicellular organism examined so far. These variations have a considerable impact on gene structure and function and have been shown to be involved in the control of several phenotypic traits. In plants, the key genetic features of CNVs are still poorly understood and even less is known about CNVs in trees. The goals of this thesis were to i) develop an approach for the identification of CNVs in the gene space of the conifer tree Picea glauca, ii) estimate the rate of CNV generation genome-wide and iii) examine the transmission patterns of CNVs from one generation to the next. We used SNP-array raw intensity genotyping data for 3663 individuals belonging to 55 full-sib families to scan more than 14 000 genes for CNVs. Our findings show that CNVs affect a small proportion of the gene space and copy number variants detected in the progeny were either inherited or generated through de novo events. Our analyses show that copy number (CN) mutation rate estimates spanned at least three orders of magnitude, could reach high levels and varied for different genes, alleles and CNV classes. CN mutation rate was also correlated with gene expression levels and the relationship between mutation rate and gene expression was best explained within the frame of the drift-barrier hypothesis (DBH). With regard to CNV inheritance, our results show that most CNVs (70%) are transmitted from the parents in violation of Mendelian expectations. The majority of transmission distortions favored the one-copy allele and contributed to the rapid restoration of the two-copy genotype in the next generation. The observed distortion levels varied considerably and were influenced by parental, partner genotype and genetic background effects. We also identified instances where the loss of a gene copy was favored and subject to different types of selection pressures. This study shows that de novo mutations and transmission distortions of CNVs contribute both to the shaping of the standing genetic variation and play an important role in species adaptation and evolution.
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Cartographie de QTLs et analyse transcriptomique : identification de gènes candidats impliqués dans la synthèse des composés phénoliques chez l’épinette blanche

Laoue, Justine 05 January 2021 (has links)
Les changements climatiques actuels accroissent les stress auxquels sont soumis les arbres forestiers, en modifiant l’environnement dans lequel ils évoluent au cours de leur vie. Il est donc nécessaire de mieux comprendre et mitiger leurs impacts afin de préserver la santé des forêts et maintenir leur productivité. Les composés phénoliques représentent une classe majeure de métabolites secondaires impliqués dans les mécanismes de défense chez les plantes. De précédentes études ont montré que ces composés jouaient un rôle important dans les réponses aux stress biotiques et abiotiques chez les conifères (Hammerbacher et al., 2014;Warren et al., 2015). Dans cette étude, nous avons tiré profit des nombreuses ressources génomiques développées chez l’épinette blanche afin d’étudier les bases génomiques de la production constitutive des composés phénoliques chez cette espèce. En premier lieu, nous avons réalisé une analyse de cartographie de QTLs (Quantitative Trait Locus) portant sur la production de neuf composés phénoliques chez une descendance biparentale d’épinette blanche, et ce pour deux années distinctes. Cette analyse a permis d’identifier 17 QTLs significatifs, dont un à effet majeur chez les néolignanes expliquant jusqu’à 91,3 % de la variance phénotypique. Nous avons ensuite utilisé une approche de RNA-seq afin d’identifier des gènes différentiellement exprimés (DEGs) entre des individus présentant des phénotypes contrastés (concentrations élevées ou basses en composés phénoliques), pour les cinq métabolites chez lesquels des QTLs significatifs avaient été détectés pour les deux années de mesure. Tous métabolites confondus, 603 DEGs ont pu être identifiés, dont 50 étaient associés à la voie de biosynthèse des composés phénoliques. Dans sa globalité, cette étude a contribué à générer de nouvelles connaissances relatives aux bases génétiques des réponses aux stress biotique et abiotique chez l’épinette blanche. Ces nouvelles connaissances pourront être utilisées afin de sélectionner des arbres présentant une résilience accrue aux stress environnementaux dans le cadre de programmes d'amélioration génétique des conifères. / Climate change is increasing the biotic and abiotic stresses faced by forest trees, altering the environment in which they evolve during their lifetime. It is therefore necessary to better understand and mitigate the impact of these stresses in order to preserve the health of forests and maintain their productivity. Phenolic compounds represent a major class of secondary metabolites involved in defense mechanisms in plants. Previous studies have shown that some of these compounds play an important role in the responses to biotic and abiotic stresses in conifers (Hammerbacher et al., 2014; Warren et al., 2015). In this study, we took advantage of the many genomic resources developed in white spruce in order to study the genomic bases of the constitutive production of phenolic compounds in this species. First, we performed QTL (Quantitative Trait Locus) mapping for nine phenolic compounds in two separate years, using a biparental white spruce progeny. This analysis identified 17 significant QTLs, including a major effect QTL explaining 91.3% of the phenotypic variance in neolignans. We then used an RNA-seq approach to identify differentially expressed genes (DEGs) among individuals with contrasting phenolic content (high or low concentrations of phenolic compounds), for five metabolites for which significant QTLs had been detected in both years of measurement. Overall, 603 DEGs were identified, of which 50 were directly related to the biosynthetic pathway of phenolic compounds. In conclusion, this study generated new knowledge regarding the genetic basis of biotic and abiotic stress responses in white spruce. This new knowledge can now be used to select trees with increased resilience to environmental stress within the framework of genetic improvement programs for conifers.
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Cartographie de QTLs et analyse transcriptomique : identification de gènes candidats impliqués dans la synthèse des composés phénoliques chez l’épinette blanche

Laoue, Justine 05 January 2021 (has links)
Les changements climatiques actuels accroissent les stress auxquels sont soumis les arbres forestiers, en modifiant l’environnement dans lequel ils évoluent au cours de leur vie. Il est donc nécessaire de mieux comprendre et mitiger leurs impacts afin de préserver la santé des forêts et maintenir leur productivité. Les composés phénoliques représentent une classe majeure de métabolites secondaires impliqués dans les mécanismes de défense chez les plantes. De précédentes études ont montré que ces composés jouaient un rôle important dans les réponses aux stress biotiques et abiotiques chez les conifères (Hammerbacher et al., 2014;Warren et al., 2015). Dans cette étude, nous avons tiré profit des nombreuses ressources génomiques développées chez l’épinette blanche afin d’étudier les bases génomiques de la production constitutive des composés phénoliques chez cette espèce. En premier lieu, nous avons réalisé une analyse de cartographie de QTLs (Quantitative Trait Locus) portant sur la production de neuf composés phénoliques chez une descendance biparentale d’épinette blanche, et ce pour deux années distinctes. Cette analyse a permis d’identifier 17 QTLs significatifs, dont un à effet majeur chez les néolignanes expliquant jusqu’à 91,3 % de la variance phénotypique. Nous avons ensuite utilisé une approche de RNA-seq afin d’identifier des gènes différentiellement exprimés (DEGs) entre des individus présentant des phénotypes contrastés (concentrations élevées ou basses en composés phénoliques), pour les cinq métabolites chez lesquels des QTLs significatifs avaient été détectés pour les deux années de mesure. Tous métabolites confondus, 603 DEGs ont pu être identifiés, dont 50 étaient associés à la voie de biosynthèse des composés phénoliques. Dans sa globalité, cette étude a contribué à générer de nouvelles connaissances relatives aux bases génétiques des réponses aux stress biotique et abiotique chez l’épinette blanche. Ces nouvelles connaissances pourront être utilisées afin de sélectionner des arbres présentant une résilience accrue aux stress environnementaux dans le cadre de programmes d'amélioration génétique des conifères. / Climate change is increasing the biotic and abiotic stresses faced by forest trees, altering the environment in which they evolve during their lifetime. It is therefore necessary to better understand and mitigate the impact of these stresses in order to preserve the health of forests and maintain their productivity. Phenolic compounds represent a major class of secondary metabolites involved in defense mechanisms in plants. Previous studies have shown that some of these compounds play an important role in the responses to biotic and abiotic stresses in conifers (Hammerbacher et al., 2014; Warren et al., 2015). In this study, we took advantage of the many genomic resources developed in white spruce in order to study the genomic bases of the constitutive production of phenolic compounds in this species. First, we performed QTL (Quantitative Trait Locus) mapping for nine phenolic compounds in two separate years, using a biparental white spruce progeny. This analysis identified 17 significant QTLs, including a major effect QTL explaining 91.3% of the phenotypic variance in neolignans. We then used an RNA-seq approach to identify differentially expressed genes (DEGs) among individuals with contrasting phenolic content (high or low concentrations of phenolic compounds), for five metabolites for which significant QTLs had been detected in both years of measurement. Overall, 603 DEGs were identified, of which 50 were directly related to the biosynthetic pathway of phenolic compounds. In conclusion, this study generated new knowledge regarding the genetic basis of biotic and abiotic stress responses in white spruce. This new knowledge can now be used to select trees with increased resilience to environmental stress within the framework of genetic improvement programs for conifers.
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Utilisation de variabilité génétique familiale de l'épinette blanche pour améliorer l'enracinement et l'architecture du système racinaire des plants issus de boutures

Grenier, Julie. 16 April 2018 (has links)
Dans la continuité des projets du programme d'amélioration génétique de l'épinette blanche (Picea glauca [Moench] Voss.), l'utilisation de la variabilité génétique familiale pourrait améliorer l'enracinement des boutures. Des boutures d'épinette blanche, provenant de 75 familles unifamiliales, ont été produites et les échantillonnages, couvrant la phase d'enracinement (B+0) et deux saisons de croissance (B+l, B+2), ont permis d'évaluer les variables de croissance, d'architecture du système racinaire, les échanges gazeux et le statut nutritionnel. L'estimation des paramètres génétiques a montré que l'enracinement des boutures est sous contrôle génétique, notamment par des valeurs élevées d'héritabilités individuelle et familiale de la masse racinaire durant ces phases de croissance. Les corrélations génétiques mettent en perspective la relation entre la masse racinaire et le diamètre ou la hauteur. La variabilité génétique familiale d'enracinement est suffisamment importante pour inclure une sélection des pieds-mères utilisés aux fins du bouturage et ainsi améliorer l'enracinement chez l'épinette blanche.
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Architecture génétique des caractères reliés au bois, à la croissance et à la résistance contre la tordeuse des bourgeons de l'épinette chez l'épinette blanche

Lamara, Mebarek 24 April 2018 (has links)
Les analyses d’association visent à mieux comprendre l’architecture génétique des caractères quantitatifs comme ceux reliés à l’adaptation, la croissance et la structure du bois, et mettre en évidence les gènes qui les contrôlent. Ces connaissances sont utiles pour notamment mieux appréhender le potentiel de résilience dans le contexte de changements climatiques, ainsi que pour la conservation et l’amélioration génétique des arbres forestiers. Cette thèse porte sur l’épinette blanche (Picea glauca [Moench] Voss) avec deux objectifs principaux : 1) développer une compréhension plus intégrée des caractères quantitatifs, et ; 2) développer des stratégies permettant de mieux exploiter les analyses d’association face aux contraintes génétiques et statistiques liées à leur utilisation chez les arbres forestiers. La thèse s’appuie sur deux études d’association qui portent respectivement sur la croissance et les caractéristiques physiques du bois (chapitre 2), et la résistance contre la tordeuse des bourgeons de l’épinette (TBE, Choristoneura fumiferana Clemens) (chapitre 3). Nous avons d’abord analysé les caractéristiques du bois ainsi que la croissance en utilisant un seuil de significativité statistique permissif (P < 0,05; sans correction pour tests multiples) pour maximiser la découverte de gènes comportant des SNPs significatifs. Selon les caractères étudiés, entre 229 et 292 gènes ont été identifiés, qui ont ensuite été soumis à des analyses complémentaires portant sur leurs annotations fonctionnelles et leur expression tissulaire. Les gènes associés aux caractères du bois se sont montrés surreprésentés dans un groupe de co-expression préférentiel au xylème secondaire. Une analyse de réseau de ce groupe de gènes a permis d’identifier certains facteurs de transcription de type MYB et NAC ayant un niveau de connectivité élevé, dont notamment PgNAC-7 qui était le gène ‘hub’ le plus connecté, suggérant un rôle dans la régulation des caractères physiques du bois. L’étude des caractères de défense contre la TBE s’est appuyée sur trois méthodes d’analyse d’association considérant soit un locus à la fois, plusieurs loci, ou encore plusieurs caractères simultanément. Les analyses ont permis d’identifier 33 gènes ayant des fonctions métaboliques variées et expliquant une proportion élevée de la variation phénotypique observée. Des corrélations phénotypiques faiblement positives ont également été observées entre la croissance et les facteurs de résistance contre la TBE, indiquant l’absence d’un compromis métabolique entre ces caractères. Nos résultats indiquent que les stratégies proposées dans la présente thèse pourraient être appliquées à d’autres caractères quantitatifs et permettre de développer des connaissances utiles pour mieux comprendre l'architecture génétique des caractères complexes chez les arbres forestiers. / The general aim of association analyses is to decipher the genetic architecture of quantitative traits such as those related to adaptation, growth and wood structure, and to highlight the genes that control them. This knowledge is useful to better understand the potential for resilience toward climate change, and for the genetic conservation and improvement of forest trees. This thesis focuses on white spruce (Picea glauca [Moench] Voss) and has two main objectives: 1) develop a more integrated understanding of quantitative traits, and; 2) develop strategies to better exploit association analyses despite the genetic and statistical constraints related to their use in forest trees. The thesis is based on two association studies, which focus respectively on growth and wood physical traits (Chapter 2), and resistance to spruce budworm (SBW, Choristoneura fumiferana Clemens) (Chapter 3). We first analyzed wood and growth traits using a permissive threshold of statistical significance (P < 0.05, without correction for multiple tests) to maximize the discovery of genes carrying significant SNPs. For each of the traits studied, between 229 and 292 such genes were identified, which were then subjected to further analyses based on their functional annotations and their tissue expression. The genes associated with wood traits were over-represented in a co-expression group that is preferential to secondary xylem. A network analysis of this group of genes allowed identifying certain transcription factors of MYB and NAC types with a high level of connectivity, including PgNAC-7 which was the most connected hub gene, suggesting a role in the regulation of wood physical traits. The study of SBW defence traits was based on three methods of association analysis considering one locus at a time, several loci, or several traits simultaneously. The analyses identified 33 genes with various metabolic functions, which explained a major proportion of the observed phenotypic variation. Weakly positive phenotypic correlations were also observed between growth and resistance traits against SBW, indicating the absence of a metabolic trade-off between these traits. Our results indicate that the strategies proposed in this thesis could be applied to other quantitative traits to develop a better understanding of the genetic architecture of complex traits in forest trees.
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White spruce resistance against the spruce budworm : genetic control and insect-host interaction

Méndez Espinoza, Claudia 07 March 2019 (has links)
Picea glauca (Moench) Voss (l’épinette blanche) est l’un des principaux hôtes de la tordeuse des bourgeons de l’épinette (TBE), le défoliateur épidémique le plus dommageable de l’est du Canada qui est à l’origine de la mortalité d’arbres et de pertes économiques d’envergure considérables. Un mécanisme constitutif de résistance contre la TBE a récemment été découvert. Dans la présente thèse, nous avons étudié ce mécanisme basé sur l’accumulation foliaire du picéol et du pungénol, deux acétophénones découlant de la surexpression du gène Pgglu-1. Ces trois facteurs sont désignés comme étant des «biomarqueurs de résistance». Nous avons aussi étudié la picéine, un acétophénone glycosilé qui est le précurseur du picéol, et l’ensemble des quatre facteurssont désignés «biomarqueurs de défense». La première partie de la thèse présente une approche de génétique quantitative s’appuyant sur l’analyse de 874 arbres représentant 33 familles et 71 lignées clonales répartis dans sept emplacements de l’est du Canada. Nos objectifs étaient : i) de déterminer le contrôle génétique des biomarqueurs de défense, ii) d’estimer les corrélations génétiques et phénotypiques entre les quatre traits de défense, iii) d’évaluer la présence de compromis entre les biomarqueurs de défense et la croissance primaire. Nous avons conclu que l’héritabilité au sens strict du picéol, du pungénol et de l’expression du gène Pgglu-1 était modérée (0,55, 0,50 et 0,58 respectivement), et obtenu des estimés un peu plus élevées pour l’héritabilité au sens large du picéol et du pungénol (0,66 et 0,60 respectivement), ce qui indique que ces traits de résistance sont soumis à un contrôle génétique additif. Les traits de résistance et la croissance montrent des corrélations génétiques positives (de 0,14 à 0,30), ce qui suggère que le mécanisme de résistance n’entraine pas un effet négatif sur la croissance de l’épinette blanche. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons étudié l’interaction insecte-hôte en menant des essais d’élevage d’insectes sur différents clones d’épinettes blanches. Nos objectifs étaient iv) de caractériser la variation développementale des acétophénones de défense, v) d’évaluer l’influence du stade phénologique de l’hôte sur le niveau de résistance indiqué par la performance biologique de la TBE et vi) de déterminer si les traits de résistance sont inductibles. Nous concluons que la variation des acétophénones dépend du phénotype de résistance de l’arbre, et que l’efficacité des traits de résistance dépend du synchronisme entre le Piceaglauca et l’alimentation des insectes. Finalement, nous avons démontré que ce mécanisme de résistance peut être inductible. / Picea glauca (Moench) Voss (white spruce) is one of the main hosts of the spruce budworm (SBW), anepidemic defoliator that is the most damaging in forests of eastern North America causing tree mortality and large economic losses. A constitutive resistance mechanism against the SBW was recently discovered. In this thesis, we studied this mechanism based on the foliar accumulation of aglycon acetophenones ̶piceol and pungenol ̶resulting from the expression of the Pgglu-1gene; and we refer to them as resistance biomarkers. Picein, the glycoside precursor of piceol was also investigated and we refer to all four traits togetheras defense biomarkers. The first part of this thesis presents a quantitative genetic study, which analysed 874 trees representing 33 full-sib families and 71 clonal lines from seven field locations in Eastern Canada. The goals were to i) determine the genetic control of the defense biomarkers, ii) estimate the genetic and phenotypic correlations among the four defensive traits and growth, and iii) evaluate the occurrence of trade-offs between the defense biomarkers and primary growth. Narrowsense heritability of piceol, pungenol and Pgglu-1 gene expression was moderate (0.55, 0.50 and 0.58, respectively). Slightly higher broad sense heritability estimates were obtained for acetophenones (0.66 and 0.60 respectively), indicating that additive genetic effects playa major role in these resistance biomarkers. Positive genetic correlations were found between the resistance traits and growth (from 0.14 to 0.30), suggesting that the resistance mechanism does not compromise growth in white spruce. In the second partof the thesis, we studied the insect-host interaction by use of insect rearing trials in severalwhite spruce clones. Our objectives were to iv) characterize the developmental and phenological variation of the defense acetophenones, v) evaluate the impact of the matched and delayed host phenology windows on the biological performance of the SBW, and vi) assess the inducibility potential of the resistance traits. Weshow that there are considerable variations in the acetophenone accumulation profiles between individual trees supporting their classification as Resistant (R) and Non-Resistant (NR); that the efficiency of the resistance traits is influenced by the synchronization between the P. glauca phenology and the insect feeding. Finally, we show that the resistance mechanism can be inducible.
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Contrôle génétique de la résistance à la sécheresse chez l'épinette blanche

Laverdière, Jean-Philippe 21 July 2021 (has links)
En contexte de changements climatiques anticipés, des épisodes de sécheresses de plus en plus intenses et fréquents affecteront la disponibilité en eau des espèces forestières boréales, poussant les améliorateurs des arbres à considérer l'adaptation aux stress hydriques comme une priorité. Nous avons utilisé un test comparatif de descendances d'épinette blanche (Picea glauca [Moench] Voss) de 19 ans issu de croisements polymixtes établi sur deux sites ayant subi des épisodes de sécheresses pour comparer le contrôle génétique et le potentiel d'amélioration pour la réponse à la sécheresse à ceux des aux caractères plus conventionnels liés à la croissance. Pour ce faire, nous avons utilisé l'approche de sélection par la génomique (SG) et celle de la sélection classique basée sur l'information du pedigree (SP). Le contrôle génétique pour les caractères de réponse à la sécheresse était un peu plus faible que pour ceux de la croissance, mais avec des gains génétiques estimés comparables, ce qui permet d'envisager l'utilisation de la SG dès le plus jeune âge. Nous avons observé des corrélations opposées sur les deux sites étudiés entre les caractères de résistance au stress hydrique et la croissance radiale des arbres, probablement parce que les épisodes de sécheresse n'étaient pas au même moment de la saison de croissance d'un site à l'autre. Toutefois, certains scénarios de sélection ont permis d'améliorer tous les caractères en sacrifiant très peu le gain en hauteur, qui est le caractère prioritaire ciblé pour cette espèce au Québec. Nos résultats suggèrent que l'intégration de la réponse à la sécheresse dans les programmes d'amélioration génétique de l'épinette blanche ne nécessite qu'un léger sacrifice pour les gains en croissance en hauteur, et que la précision au niveau des prédictions obtenues par l'approche de sélection conventionnelle ou par la génomique semble être négativement affectée par de plus faibles effectifs disponibles lors des analyses effectuées site par site lorsque les épisodes de stress hydriques varient d'un site à l'autre / In the context of anticipated climate change, increasingly intense and frequent episodes of drought will affect water availability for boreal tree species, prompting tree breeders to consider adaptation to water stress as a priority. We used a 19-year-old comparative test of white spruce (Picea glauca [Moench] Voss) polycross progeny established on two sites affected by drought episodes to compare the genetic control and the potential for improvement of drought response with those of more conventional growth traits. To do this, we used genomic selection (GS) based on genomic profiles and traditional selection based on pedigree information only (PS). The genetic control for drought-response traits was somewhat weaker than for growth traits, but with comparable estimated genetic gains, which makes it possible to consider the use of GS at an early age. The accuracy of predicted breeding values for drought response traits was only slightly lower than that for growth traits. We observed opposite correlations on the two sites studied between water stress resistance traits and tree radial growth, likely because the water stress episodes occurred at different times during the growth season between sites. However, some selection scenarios made it possible to improve all traits while sacrificing very little on height gain, which is the priority trait targeted for this species in Quebec. Our results suggest that integrating drought response into white spruce breeding programs would require only a slight sacrifice in height growth, but that the accuracy of predictions obtained by the genomic or the conventional approach is negatively affected by the lower numbers of trees in site-specific analyses when the water stress episodes are different from site to site.

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