>Magister Scientiae - MSc / The Rosaceae family contains major temperate crops such as the domesticated apple(Malus x domestica Borkh.), peach (Prunus persica L. Batsch) and European pear (Pyrus communis L.). However, despite its evident economic importance, it is generally poorly studied in genomic terms, relative to the other major crop groups. Microsatellite and Diversity Array Technology (DArT) genetic markers have been exploited in this work and are essential tools in genetic map construction and marker-assisted selection (MAS) of high quality apples and other rosaceous crops. Microsatellites are advantageous in that they are co-dominant, highly polymorphic, abundant, transferable and reliably reproducible; hence their use in this study. In order for budbreak to take place in a timely and homogenous fashion, apple trees need a period of exposure to low temperatures.Within orchards the application of chemicals that induce budbreak in unsuitable environments is required to produce apples from cultivars that require high chilling levels. However, this and other practices using chemicals in orchards tend to pollute the environment. One of the solutions to this problem is to breed low chill apples such as ‘Anna’ cultivar, which was used as one of the parents in this study.This work was aimed at understanding the underlying genetic factors that determine chilling requirements for the time of initial vegetative budbreak trait in the apple cross ‘Anna’ x ‘Austin’. This was achieved through linkage map construction using SSR and DArT molecular markers followed by QTL analysis. This thesis has therefore exploited the large number of Expressed Sequence Tags (ESTs) and genome sequence data for the apple, using Tandem Repeats Finder, to design a total of 98 new SSR primers pairs. The other 369 SSR markers used in this work were from published work. JoinMap! 4.1 software was used to create an integrated genetic map with 17 linkage groups, for the domesticated apple cultivar, ‘Austin’ x ‘Anna’ mapping population with 80 individuals.The result of this process was a genetic map 1 212cM in length, and a total of 429 markers (314 DArT and 115 SSR), at an average density of a marker every 4 cM. This map was used identify the Quantitative Trait Loci (QTLs) determining chilling requirements for time of vegetative budbreak (IVB). In this process, putative IVB QTLs were identified in the ‘Anna’ x ‘Austin’ mapping population using the rMQM analysis function of MapQTL! 6.0, for both adult and seedling data collected over 3 growing seasons from 1996 to 1998. These QTLs were detected on linkage groups 2, 9 and 14,and explained 0.3 to 12.8 % of the observed phenotypic variation for the adult population,and 5.3 - 21 % for the seedling population. Seedling (LG 14) and adult (LGs 5, 7, 10) specific QTLs were also detected for the ‘Anna’ x ‘Austin’ cross. These QTLs will provide the basis for marker validation on related mapping populations in the apple breeding programme, and for the future identification of candidate genes controlling the process of budbreak.

A l'échelle mondiale, la majorité des variétés de pommier cultivées (Malus x domestica) sont sensibles à la tavelure (champignon Venturia inaequalis). La lutte génétique est une des voies privilégiées pour réduire drastiquement le nombre d'applications fongicides en verger commercial. Les stratégies actuelles de lutte génétique reposent principalement sur l'utilisation de quelques gènes majeurs. Le contournement du gène majeur Vf, introgressé de l'espèce sauvage M. floribunda, montre clairement les limites de telles stratégies de sélection. Dans un tel contexte, ce projet de thèse visait à étudier les facteurs de résistance du pommier à la tavelure dans l'optique d'une gestion durable de la résistance face aux capacités d'adaptation de l'agent pathogène. Deux axes ont été abordés : (i) recherche de nouveaux loci de résistance chez la variété résistante ‘Dülmener Rosenapfel' et dans un ensemble de descendances du programme d'amélioration INRA connectées par leur pedigree ; (ii) combinaison de différents facteurs de résistance (majeure et partielle) dans un plan de croisement demi-diallèle, et comparaison de l'efficacité relative de ces constructions génétiques vis-à-vis de la variabilité de l'agent pathogène. Un nouveau gène majeur, Rvi14, a été caractérisé chez la variété ‘Dülmener Rosenapfel', ainsi que deux QTL : le premier co-localise avec Rvi14, et le second avec un QTL à large spectre d'action déjà identifié dans d'autres fonds génétiques. L'étude de la population en pedigree a confirmé l'occurrence fréquente d'un polymorphisme à ce second QTL et a mis en évidence différents allèles à un troisième QTL co-localisant avec le gène Vf. L'analyse des différentes combinaisons génétiques a permis d'initier la modélisation du niveau de résistance des génotypes de pommier en fonction des loci de résistance portés et face aux souches/races du champignon auxquelles ils sont confrontés. Les résultats obtenus au cours de ce travail sont le support d'une réflexion sur l'efficacité des méthodes de détection de loci de résistance et sur l'utilisation de ces loci en vue d'une gestion durable de la résistance.

Maîtriser l'impact des modifications liées à l'activité humaine sur les populations de pathogènes des cultures est un des grands enjeux actuels pour la mise en place d'une agriculture durable. L'objectif de cette thèse était d'évaluer l'impact de la domestication du pommier et de l'utilisation de résistances quantitatives dans les variétés en cours de sélection, sur le pouvoir pathogène du champignon Venturia inaequalis, responsable de la tavelure. Par des inoculations croisées sur pommiers sauvages et domestiques, nous avons comparé le pouvoir pathogène de souches isolées de milieux naturels et cultivés. Puis nous avons comparé le pouvoir pathogène de ces souches sur des génotypes de pommier domestique cumulant plusieurs facteurs de résistances quantitatives (QTL) afin d'évaluer si les pommiers sauvages pouvaient héberger des souches plus agressives que les pommiers domestiques. Enfin, nous avons évalué les pressions de sélection exercées par ces QTL de résistance sur un mélange de souches par pyroséquençage quantitatif. Nos résultats montrent que la domestication du pommier se serait accompagnée d'une modification importante du pouvoir pathogène de V. inaequalis. Les souches issues de pommiers sauvages sont capables d'infecter des génotypes cumulant un grand nombre de facteurs de résistance mais elles ne sont pas plus agressives que les souches issues de pommiers domestiques ; elles ne représenteraient donc pas une menace supplémentaire pour les vergers. Enfin nous différencions nettement l'impact de QTL à spectre d'action étroit et large ; ces derniers, n'exerçant pas de pression de sélection différentielle entre souches co-inoculées, seraient plus durables.

En lien avec leur potentiel antioxydant, les composés phénoliques sont généralement associés à l'effet protecteur sur la santé d'une alimentation riche en fruits et légumes. Ils sont également fortement associés à la qualité organoleptique des cidres puisqu'ils affectent directement leur astringence, leur amertume, leur couleur et leurs arômes. Deux études ont récemment été publiées sur la détection de QTL des composés phénoliques des pommes de table. Aucune étude n'a encore été publiée pour les pommes à cidre, réputées pour leur forte teneur en composés phénoliques. L'objectif de cette thèse est d'identifier les régions génétiques impliquées dans la teneur en composés phénoliques d'une descendance de pommiers à cidre. Dans un premier temps, deux méthodes de quantification ont été développées et comparées en UHPLC-UV et UHPLC-MS/MS pour les principaux composés phénoliques du jus de pomme. Bien qu'il y ait des surestimations avec l'un des détecteurs pour certains composés, ces deux méthodes corrèlent très fortement. Des dosages ont également été réalisés sur fruit entier à l'INRA de Rennes. Une grande variabilité a été observée pour les fruits et les jus de cette descendance, représentative des principales variétés de pommes à cidre cultivées en Europe. 48 QTL ont été détectés sur neuf groupes de liaison (LG). Neuf clusters semblent particulièrement stables, indépendamment de l'année ou du matériel (fruit ou jus) étudié. Les enzymes de la biosynthèse des composés phénoliques et facteurs de transcription ont été ciblés pour l'identification des gènes candidats, réalisée au niveau des principaux QTL. Ces travaux proposent de nouvelles cibles pour la sélection assistée par marqueurs comme le QTL pour l'acide chlorogénique du LG17 pour l'amélioration des variétés de pommes à cidre

Submitted by Gabriela Lopes (gmachadolopesufpel@gmail.com) on 2016-09-14T18:22:14Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese Juliano Dutra Schmitz.pdf: 9582623 bytes, checksum: f579b0458e2ab6f4ae5579715de842ea (MD5) / Approved for entry into archive by Aline Batista (alinehb.ufpel@gmail.com) on 2016-09-15T19:46:43Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Tese Juliano Dutra Schmitz.pdf: 9582623 bytes, checksum: f579b0458e2ab6f4ae5579715de842ea (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-15T19:46:43Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Tese Juliano Dutra Schmitz.pdf: 9582623 bytes, checksum: f579b0458e2ab6f4ae5579715de842ea (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2014-12-03 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / A macieira (Malus X domestica Borkh.) apresenta anomalias fisiológicas quando cultivada em regiões de inverno ameno, onde o frio hibernal é insuficiente para superação da dormência. Assim, na presente tese foram estudados três temas de pesquisa. No tema 1 estudou-se a distribuição e fenologia da brotação e crescimento inicial da ramificação primaveril; No tema 2 estudou-se a brotação primaveril através da determinação do status hídrico de gemas laterais e da condutância hidráulica do xilema. O tema 3 realizou-se a análise do comportamento da brotação primaveril de uma cultivar de baixo exigência em frio cultivada em inverno ameno. Para isso, foram montados dois dispositivos experimentais: Experimento 1: realizado em Montpellier/França, onde foram estudadas quatro cultivares de macieira, com diferentes requerimentos em frio (‘Condessa’, ‘Granny Smith’, ‘Royal Gala’ e ‘Starkrimson’), submetidas a dois regimes térmicos (inverno frio, condições naturais de Montpellier; e inverno ameno, temperatura controlada em casa-de-vegetação). Experimento 2: realizado com a cultivar de baixo requerimento em frio ‘Eva’ sob regime térmico hibernal ameno (condição natural de Capão do leão/Brasil). A partir do experimento 1, dois artigos foram redigidos . Conclui-se a partir dos resultados obtidos (artigos 1 e 2) que as temperaturas hibernais têm o principal efeito na distribuição da ramificação ao longo do eixo principal e no tempo para brotação; a presença de folha das plantas submetidas ao regime térmico de inverno ameno não afeta a distribu ição de ramos prolépticos vegetativos; a cultivar exerce efeito no crescimento da ramificação. Com relação ao status hídrico, conclui-se que durante o inverno (período de dormência) as gemas laterais permanecem hidraulicamente isoladas do eixo principal; assim como o potencial de brotação está relacionado a um efeito ramo inteiro (todo eixo principal) do que ao potencial individual de cada gema lateral. Através do experimento 2, um artigo foi elaborado, tendo por objetivo testar a hipótese que a posição em que a gema lateral está localizada sobre o eixo principal têm efeito na brotação primaveril, no conteúdo de água e tamanho das mesmas. Pode-se concluir deste estudo que uma semana antes a brotação, as gemas localizadas na zona distal possuem maior potencial de crescimento (maior frequência de brotação e menor tempo médio para brotação), além de apresentarem maior umidade ponderal e tamanho. / The apple tree (Malus X domestica Borkh.) presents morphological and physiological anomalies when grown in mild winter climates with insufficient winter chilling to overcome winter dormancy. Symptoms are typically delayed and erratic budburst, entailing desynchronized flowering and fruitset and poor agronomic performances. This thesis aimed at gaining more insights on the following issues. Firstly, what are the effects of winter temperatures on axillary burdburst and bud outgrowth, and what are the respective effects of winter temperatures and cultivar?, and secondly, is there a link between the temperature-dependent budburst and bud water status? Works were done in France and Brazil. In France, experiments were carried out in controlled conditions on four apple cultivars characterized by either high chilling (‘Granny Smith’, ‘Royal Gala’, ‘Starkrimson’) or low chilling (‘Condessa’) requirements and were submitted to outdoor-cold and greenhouse-mild winter temperatures. We showed that the actual shoot architecture and budburst resulted from an ordered sequence of events with a pivotal role of winter temperatures on the dormancy completion of individual lateral buds. Endogenous factors related to the cultivar branching pattern overtook the temperature effect on the lateral bud outgrowth. Furthermore, the delayed senescence and subsequent leaf persistence during winter, characterizing the apple tree in the mild winter temperature conditions, had only a weak effect on the topological distribution of budburst and lateral outgrowth. The analyses of bud water status were done on distal buds only, characterized by high budburst frequency in cold winter conditions. We showed that, from endodormancy to the pre-budburst stage, xylem conductance at the stem-to-bud junction did not show consistent changes across cultivars and winter temperature treatments. Bud water potential had negative values, between -4.35 and -2.24 MPa, depending on cultivars and winter temperature treatments. Moreover, whatever the cultivar, there were no significant trends across dates for the effects of winter temperatures on bud water potential and relative water content without a consistent relationship with actual spring budburst frequency. These results suggested that lateral buds were hydraulically isolated from the parent stem during winter until a few days before budburst. The other set of experiments was carried out in Brazil, under mild winter conditions, on the low chilling apple cultivar ‘Eva’. The objectives were to gain more insights on the effect of the position of the over-wintering lateral bud along the whole-parent shoot on bud size and water content. Results highlighted that distal buds were larger and had a higher water content than proximal buds with a strong increase of water content a week before spring budburst. It was concluded that the acrotonic pattern of budburst was mainly established during ecodormancy. As a whole, we showed that spring budburst seemed more related to a whole-shoot effect than to the water status of the individual bud during winter dormancy. Our study substantiated the importance of the whole shoot as an integrated morphological and physiological unit in driving budburst and further growth.