The molecular mechanisms underlying disease-resistance and drought-resistance in forest trees are not well understood. Linking variation in gene expression with genetic polymorphisms and with variations in disease- and drought-resistance phenotypes can provide information about these complex traits. We used real-time quantitative polymerase chain reaction (PCR) to detect variations in the expression of 88 disease- and drought-responsive genes within an association population of 354 loblolly pine trees (Pinus taeda L.). Using association genetics approaches, we then linked 3,938 single nucleotide polymorphisms (SNPs) in candidate genes with gene expression phenotypes to identify novel disease- and drought-responsive genes. To further examine differences in gene expression induced by drought, Fusarium circinatum (responsible for pitch canker disease), and drought F. circinatum, the expression of 114 genes identified through comparative and association genetics approaches was analyzed on a subset of 24 loblolly pine trees possessing a range of pitch canker- and drought-resistance phenotypes. Significant differences in the uninduced expression of all 88 genes measured on the association population were observed among loblolly pine trees. Principal component analysis showed that some variation within the association population could be accounted for by population substructure of geographic origin. Hierarchical clustering of genes based on uninduced expression did not consistently group together functionally similar genes probably because expression was collected on unstressed stem tissue. This was supported in the smaller expression study as correlations between expression values of genes in the same functional networks were usually stronger when induced by a treatment compared with correlations between the uninduced expression of genes in the control group. Gene expression frequently changed by up to 4-fold in response to one or more treatments, but PtMYB12 was the only gene that exhibited a statistically significant change in response to treatments. ANOVA analyses of gene expression controlling for pitch canker resistance and for water use efficiency phenotypes identified differentially expressed genes suggesting that they may be contributing to these phenotypes. Finally, association genetics approaches detected 101 significant associations between SNPs in 94 candidate genes potentially involved in stress responses and 27 gene expression phenotypes.

Citrus es el género de la subfamilia Aurantioideae de mayor importancia económica. Su origen es la región sureste de Asia, en un área que incluye China, India y la península de Indochina y los archipiélagos de los alrededores. Aunque se han realizado múltiples estudios, la taxonomía del género Citrus aun no está bien definida, debido al alto nivel de diversidad morfológica encontrado en este grupo, la compatibilidad sexual entre sus especies y la apomixis de muchos genotipos. En la presente tesis doctoral se ha estudiado una amplia diversidad del género Citrus, especies relacionadas y otros taxones de la subfamilia Aurantioideae, para poder aclarar su organización y filogenia mediante el empleo de diferentes tipos de marcadores moleculares y métodos de genotipado. Más concretamente, el germoplasma de mandarino juega un papel muy importante en la mejora de variedades y patrones, pero su organización genética no está bien definida. Por lo tanto, se ha realizado un análisis en profundidad de su diversidad y organización genética. El desarrollo de marcadores moleculares de Inserción-Deleción (indel), por primera vez en cítricos, ha permitido demostrar su utilidad para estudios de diversidad y filogenia en el género Citrus. En combinación con los marcadores de tipo microsatélite (SSR), se ha cuantificado la contribución de los tres principales taxones de cítricos (C. reticulata, C. maxima and C. medica) a los genomas de las especies secundarias y cultivares modernos. También se ha definido su estructura genética a partir de los datos obtenidos en la secuenciación de 27 fragmentos de genes nucleares relacionados con la biosíntesis de compuestos que determinan la calidad de los cítricos y genes relacionados con la respuesta de la planta a estreses abióticos. El análisis de la filogenia nuclear ha permitido determinar la relación existente entre la especie C. reticulata y Fortunella, que se diferencian claramente del grupo formado por las otras dos principales especies de cítricos (C. maxima y C. medica). Este resultado está en concordancia con el origen geográfico de las especies estudiadas. A partir de este estudio, se han desarrollado marcadores moleculares de tipo SNP con un alto valor filogenético, que han sido transferidos a géneros relacionados de los cítricos. Estos marcadores han dado un resultado muy positivo en el género Citrus y serán de gran utilidad para el establecimiento de la huella genética del germoplasma en un nivel de diversidad más amplio. Se ha estudiado la organización genética dentro del germoplasma mandarino (198 genotipos de tipo mandarino pertenecientes a dos colecciones, INRA-CIRAD e IVIA), así como la introgresión de otros genomas mediante el uso de 50 y 24 marcadores de tipo SSR y indel, respectivamente, además de cuatro marcadores InDel mitocondrial (ADNmt). Se ha observado que muchos genotipos, que se creía que eran mandarinos puros, presentan introgresión de otros genomas ancestrales. Dentro del germoplasma de mandarino, se han identificado a nivel nuclear cinco grupos parentales, a partir de los cuales se originaron muchos genotipos, dando lugar a estructuras hibridas complejas. Se ha observado incluso, genotipos con un origen maternal no mandarino, determinado por los marcadores de ADNmt. La presente tesis doctoral ha aportado nueva información sobre las relaciones filogenéticas entre las especies del género Citrus, géneros cercanos, así como de las especies secundarias. Además, se han desarrollado nuevos marcadores moleculares que se complementan entre sí. Se ha establecido una nueva organización genética del germoplasma mandarino y se han caracterizado adecuadamente las dos colecciones de cítricos en estudio. Por lo tanto, todas estas contribuciones, ayudarán a los programas de mejora para la obtención de nuevas variedades de cítricos de alta calidad y permitirán optimizar la conservación y uso de los recursos genéticos existentes, así como su caracterización genética y fenotípica. / García Lor, A. (2013). Organización de la diversidad genética de los cítricos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/31518

La génomique d'association cherche à déterminer des liens entre le génome et des traits ou phénotypes, notamment dans le contexte de maladies. Aujourd'hui, les études les plus fréquentes en génomique d’association sont les études génome entier, qui analysent autant de variants du génomes (SNPs) que possible, sans avoir de préjugé a priori sur leur fonction biologique. Cependant, les méthodes de génotypage utilisées pour ces études ne permettent pas toujours d'obtenir des informations précises dans une région hypervariable comme la région HLA, qui joue un rôle crucial dans l'immunité, et les variants génétiques de ces régions sont souvent prédits par des approches bioinformatiques. J'ai durant ma thèse créé un nouvel outil, HLA-Check, permettant d'évaluer, à partir des génotypes obtenus par puce de génotypage, la plausibilité de données d'allèles HLA d'un même individu, et démontré que cette technique permettait d'identifier plus précisément les individus dont les allèles HLA avaient été mal caractérisés afin de les retyper ou de les écarter de l'étude. Un article documentant cet outil a été publié dans BMC Bioinformatics. J'ai également effectué une étude d'association génome entier sur le déclenchement de la cirrhose chez les patients co-infectés par le VIH (virus de l'immunodéficience humaine) et le VHC (virus de l'hépatite C). La coinfection par ces deux maladies est fréquente en raison de modes d’infection similaires, et l'infection par le VIH stimule l'activité du VHC et accélère la fibrose du foie puis sa cirrhose, causant la mort des patients co-infectés. Mon étude porte sur 306 patients co-infectés issus de la cohorte ANRS CO-13 HEPAVIH. J'ai ainsi pu mettre en évidence trois signaux associés avec le déclenchement de la cirrhose, dont deux ont un lien pertinent avec les maladies hépatiques (gene CTNND2 et gene MIR7-3HG). L'identification de ces nouveaux variants devrait permettre une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires de la cirrhose, et contribuer au développement de nouvelles stratégies diagnostiques ou thérapeutiques. L’article documentant cette étude est en cours de publication. / Association genomics aims at finding links between the genome and some traits or illnesses. Today, the most frequent studies in this field are genome wide association studies (GWAS), which analyze as many genome variants (mainly Single Nucleotide Polymorphisms) as possible, without any a priori on their biological function. However, genotyping methods used in these studies may be insufficient to get reliable information in higly variable regions such as the HLA which plays a crucial role in immunity, and the genetic variants of such regions are often predicted using bioinformatics approaches. During my PhD, I have created a new tool, HLA-Check, that allows to rate the plausibility of HLA alleles from the genotypes obtained from genotyping chips. I also assesses its performances and showed that it was able to point out individuals with a wrong HLA typing, in order to retype them or remove them from the study. An article documenting this tool was published in BMC Bioinformatics. I have also performed a genome-wide association study on cirrhosis outbreak in individuals coinfected with HIV (human immunodeficiency virus) and HCV (hepatitis C virus). Because of similar infection routes (blood-related), co-infection with those two viruses are frequent, and the infection by HIV enhances HCV activity and increases liver fibrosis leading to cirrhosis and death of co-infected patients. Our study has dealt with 306 co-infected patients from the ANRS CO-13 HEPAVIH cohort. I could point out three statistically significant signals, two of them being highly relevant for their involvement in liver diseases (gene CTNND2 and gene MIR7-3HG). The identification of these new variants should lead to a better understanding of the molecular mechanisms involved in cirrhosis, and should contribute to the rational developement of new diagnostic or therapeutic strategies. A publication is under way.