L’avènement du génotypage à haut débit permet aujourd’hui de mieux exploiter le phénomène d’association, appelé déséquilibre de liaison (LD), qui existe entre les allèles de différents loci sur le génome. Dans ce contexte, l’utilité de certains modèles utilisés en cartographie de locus à effets quantitatifs (QTL) est remise en question. Les objectifs de ce travail étaient de discriminer entre des modèles utilisés en routine en cartographie et d’apporter des éclaircissements sur la meilleure façon d’exploiter le LD, par l’utilisation d’haplotypes, afin d’optimiser les modèles basés sur ce concept. On montre que les modèles uni-marqueur de liaison, développés en génétique il y a vingtaine d’années, comportent peu d’intérêts aujourd’hui avec le génotypage à haut débit. Dans ce contexte, on montre que les modèles uni-marqueur d’association comportent plus d’avantages que les modèles uni-marqueur de liaison, surtout pour des QTL ayant un effet petit ou modéré sur le phénotype, à condition de bien maîtriser la structure génétique entre individus. Les puissances et les robustesses statistiques de ces modèles ont été étudiées, à la fois sur le plan théorique et par simulations, afin de valider les résultats obtenus pour la comparaison de l’association avec la liaison. Toutefois, les modèles uni-marqueur ne sont pas aussi efficaces que les modèles utilisant des haplotypes dans la prise en compte du LD pour une cartographie fine de QTL. Des propriétés mathématiques reliées à la cartographie de QTL par l’exploitation du LD multiallélique capté par les modèles haplotypiques ont été explicitées et étudiées à l’aide d’une distance matricielle définie entre deux positions sur le génome. Cette distance a été exprimée algébriquement comme une fonction des coefficients du LD multiallélique. Les propriétés mathématiques liées à cette fonction montrent qu’il est difficile de bien exploiter le LD multiallélique, pour un génotypage à haut débit, si l’on ne tient pas compte uniquement de la similarité totale entre des haplotypes. Des études sur données réelles et simulées ont illustré ces propriétés et montrent une corrélation supérieure à 0.9 entre une statistique basée sur la distance matricielle et des résultats de cartographie. Cette forte corrélation a donné lieu à la proposition d’une méthode, basée sur la distance matricielle, qui aide à discriminer entre les modèles utilisés en cartographie. / The advent of high-throughput genotyping nowadays allows better exploitation of the association phenomenon, called linkage disequilibrium (LD), between alleles of different loci on the genome. In this context, the usefulness of some models to fine map quantitative trait locus (QTL) is questioned. The aims of this work were to discriminate between models routinely used for QTL mapping and to provide enlightenment on the best way to exploit LD, when using haplotypes, in order to optimize haplotype-based models. We show that single-marker linkage models, developed twenty years ago, have little interest today with the advent of high-throughput genotyping. In this context, we show that single-marker association models are more advantageous than single-marker linkage models, especially for QTL with a small or moderate effect on the phenotype. The statistical powers and robustness of these models have been studied both theoretically and by simulations, in order to validate the comparison of single-marker association models with single-marker linkage models. However, single-marker models are less efficient than haplotype-based models for making better use of LD in fine mapping of QTL. Mathematical properties related to the multiallelic LD captured by haplotype-based models have been shown, and studied, by the use of a matrix distance defined between two loci on the genome. This distance has been expressed algebraically as a function of the multiallelic LD coefficients. The mathematical properties related to this function show that it is difficult to exploit well multiallelic LD, for a high-throughput genotyping, if one takes into account the partial and total similarity between haplotypes instead of the total similarity only. Studies on real and simulated data illustrate these properties and show a correlation above 0.9 between a statistic based on the matrix distance and mapping results. Hence a new method, based on the matrix distance, which helps to discriminate between models used for mapping is proposed.

La réponse adaptative de populations de bioagresseurs aux pressions de sélection exercées par les activités agricoles détermine la durabilité des moyens de lutte. Chez le melon, le gène Vat qui confère la résistance à Aphis gossypii étant déployé depuis plus de 10 ans, on craint son contournement. L’enjeu est de proposer des éléments stratégiques aux semenciers sur le risque d’évolution des pucerons vers la virulence, pour développer de nouvelles variétés avec des résistances durables. Dans le cadre de cette thèse, nous avons : i) Estimé la diversité génétique disponible dans des populations d’A. gossypii de différentes régions de production de melon. Elle est structurée géographiquement. La grande diversité observée en France aurait en partie pour origine des évènements de reproduction sexuée suggérant un potentiel évolutif élevé d’A. gossypii. ii) Estimé la pression de sélection exercée par différentes combinaisons de résistance (gène Vat et QTL) sur ces populations. Les densités de population sont plus faibles sur les plantes Vat que sur les plantes non Vat et la structure génétique des populations est modifiée dans certaines régions de production quand le gène Vat est présent. Les clones se multipliant sur les plantes Vat ont une forte fitness et le risque de leurs extensions est grand. Aucun effet de QTL de résistance n’a été mis en évidence en plein champ. iii) Caractérisé les clones contournant le gène Vat. Nos résultats suggèrent que l’adaptation des clones s’effectue soit par modification du gène d’avirulence du puceron soit par l’adaptation du puceron aux effecteurs de la résistance. De nouvelles stratégies de gestion de la résistance Vat sont proposées. / The adaptive response of pest populations to selection pressures exerted by agricultural activities determines the sustainability of control methods. In melon, the Vat gene that confers resistance to Aphis gossypii has been deployed for over 10 years, so there are fears it will be overcome. The challenge is to provide strategic elements to plant breeders, concerning the risk of development of virulent aphids, in order to develop new varieties with durable resistances. In the context of this PhD, we have : i) Estimated the available genetic diversity in populations of A. gossypii from different melongrowing areas. The diversity is structured geographically. The great diversity observed in France would have its origine in part from the events of sexual reproduction, suggesting a high evolutionary potential of A. gossypii. ii) Estimated the selection pressure exerted by different resistance combinations (Vat gene and QTLs) on these populations. Population densities are lower on VatR plants than VatS plants and population genetic structure is altered in certain growing areas when the VatR gene is present. The clones multiplying on VatR plants have good fitness and the risk of their spreading is great. No effect of QTLs has been identified in the field. iii) Characterized the clones overcoming the VatR gene. Our results suggest that the adaptation of clones made either by alteration of the avirulence gene of aphids or by adaptation of aphids toresistance effectors. New strategies for Vat resistance management are proposed.

Les variétés traditionnelles de vigne nécessitent de très nombreux traitements phytosanitaires pour lutter contre les maladies cryptogamiques qui touchent leurs parties herbacées, comme le mildiou et l’oïdium, causés par Plasmopara viticola et Erysiphe necator respectivement. Ces traitements, coûteux et préjudiciables pour l'environnement, pourraient être réduits par l’emploi de variétés résistantes. La vigne cultivée européenne (Vitis vinifera, 2n=38) est très sensible au mildiou et à l'oïdium. En conséquence, la résistance doit être introduite à partir d’autres Vitaceae ayant un niveau de résistance plus élevé à ces maladies. Plusieurs origines de résistance ont déjà été observées et inventoriées, en particulier chez l’espèce d’origine américaine Muscadinia rotundifolia (2n=40). Ces facteurs sont d'un intérêt majeur pour la sélection de variétés résistantes. Cependant, lors du processus d'introgression, des difficultés à obtenir des pépins viables en F1 ainsi que des anomalies phénotypiques dans les descendances en rétrocroisement ont été constatées. Afin d’optimiser la gestion des résistances provenant de cette espèce dans les programmes d’amélioration variétale, il est nécessaire de comprendre l’organisation génétique et génomique de M. rotundifolia, et de compléter la connaissance des facteurs de résistance issus de cette espèce. Dans ce contexte, les objectifs de la thèse sont : (i) de réaliser une analyse comparative des génomes de V. vinifera et M. rotundifolia et (ii) d’identifier de nouveaux facteurs de résistance chez M. rotundifolia utilisables à terme en sélection. Pour cela, une carte génétique de M. rotundifolia a été développée à partir d’une population de 200 individus issue de l’autofécondation de M. rotundifolia cv. Regale. Parallèlement, la même population a été testée pour son niveau de résistance au mildiou et à l’oïdium. Une carte génétique couvrant 950 cM a été réalisée. Elle comprend 191 marqueurs microsatellites répartis sur les 20 chromosomes de M. rotundifolia, et permet de conclure à un niveau de macrosynténie très élevé avec V. vinifera. Le groupe de liaison 20 de M. rotundifolia correspondrait à la partie inférieure du groupe de liaison 7 de V. vinifera. Par ailleurs, un QTL de résistance au mildiou a été détecté sur le groupe de liaison 18 de M. rotundifolia, au niveau d’une région riche en gènes de type NBS-LRR, et un nouveau QTL de résistance majeur à la l’oïdium a été mis en évidence sur le groupe de liaison 14 de M. rotundifolia. Ce QTL, nommé Ren5 pour ‘Resistance to Erysiphe necator 5’, montre une action précoce dans l’arrêt de la croissance du mycélium du pathogène, dès l’établissement des premiers stades de biotrophie du champignon. De plus, le QTL Ren5 a été confronté à deux souches supplémentaires d’E. necator, appartenant aux deux groupes d’oïdium retrouvés dans vignobles européens, contre lesquelles il reste efficace. Les données de cartographie génétique générées pour M. rotundifolia dans ce travail, ainsi que la mise en évidence de Ren5 et de son mode d’action, permettront d’améliorer la gestion des facteurs de résistance issus de cette espèce pour la sélection de variétés résistantes au mildiou et à l’oïdium. / Grapevine requires numerous harmful plant-health treatments, in particular to control downy and powdery mildews, caused by Plasmopara viticola and Erysiphe necator, respectively. One way to reduce the use of fungicides in viticulture is to create resistant grapevine cultivars. European cultivated grapevine (Vitis vinifera, 2n=38) is susceptible to mildews, whereas related species such as Muscadinia rotundifolia (2n=40) exhibit high levels of resistance. In breeding programs, resistance factors from these related species are introduced into the susceptible elite varieties. Nevertheless, difficulties in obtaining viable seeds in the siblings of Vitis x Muscadinia crosses are observed. In order to optimize the management of resistance factors from M. rotundifolia in breeding programs, it is necessary to understand the genomic organisation of this species, and to complete the knowledge of these factors. Thus, the main objectives of this work are : (i) making a comparative analysis of V. vinifera and M. rotundifolia genomes and (ii) identifying new resistance factors from M. rotundifolia. For this purpose a framework genetic map of M. rotundifolia cv. Regale has been created, using a 200 individual S1 population. This population has also been screened for its resistance to downy and powdery mildew. A 950 cM genetic map has been generated, including 191 SSR markers distributed across the 20 chromosomes of M. rotundifolia. A high level of macrosynteny has been observed between the Muscadinia map and the genetic maps available for V. vinifera. Linkage group (LG) 20 of M. rotundifolia matches with the lower part of V. vinifera LG7. Furthermore, a QTL for resistance to downy mildew has been identified on M. rotundifolia LG18, and a major QTL for resistance to powdery mildew has been mapped on LG14. The latest, called Ren5 for ‘Resistance to Erysiphe necator 5’, acts during an early stage to stop E. necator’s mycelium growth, since the first stages of biotrophy have been established for the fungus. Moreover, Ren5 has been confronted to two additional powdery mildew strains, belonging to the two European groups of E. necator, and it remained efficient. Gathering knowledge about the genetic organization of M. rotundifolia, and the mechanism and spectrum of action of newly identified resistance factors such as Ren5, will be useful to optimize the management of M. rotundifolia resistance traits in breeding programs aiming to create new resistant varieties to downy and powdery mildews

Les adaptations florales à des pollinisateurs comme les changements de forme de la corolle entraînent souvent un isolement reproducteur et donc la spéciation. Malgré leur importance écologique, les mécanismes génétiques à l'origine de cette diversité de caractères sont encore mal compris, surtout en dehors des espèces modèles. L’objectif de mon projet de maîtrise était donc d'identifier les gènes impliqués dans la variation de la forme de la corolle entre deux espèces du genre Rhytidophyllum (famille des Gesneriaceae), qui ont des modes de pollinisation différents. La première, R. rupincola, a des fleurs tubulaires et est strictement pollinisée par les colibris, tandis que la seconde, R. auriculatum, a des fleurs plus ouvertes et est pollinisée par les colibris et les chauves-souris. Dans cette étude, nous avons fait une revue de littérature et utilisé une approche de transcriptomique comparative pour identifier des gènes candidats qui pourraient expliquer la variation de la forme florale entre R. auriculatum et R. rupincola. Nous avons ensuite testé leur association avec la variation de la forme de la corolle en utilisant la cartographie de loci de traits quantitatifs (QTLs) pour une population hybride F2. Les résultats ont montré que 7 des 29 gènes candidats étaient associés à 8 QTLs différents. La répartition et la fonction supposée de ces gènes suggèrent que la forme de la corolle est un trait complexe. Ce type d'étude est rarement entrepris chez des espèces non-modèles, mais il est important afin d'intégrer la génétique du développement floral dans une perspective évolutive. / Floral adaptations to specific pollinators like corolla shape changes often result in reproductive isolation and thus speciation. But despite their ecological importance, the genetic mechanisms behind this diversity of traits are still poorly understood, especially outside model species. Hence, our goal is to identify genes involved in corolla shape variation between two species of the Rhytidophyllum genus (Gesneriaceae family) from the West Indies, which is characterized by shifts in pollination modes during its evolution. The first one, R. rupincola, has a tubular corolla and is strictly pollinated by hummingbirds. The second one, R. auriculatum, has more open flowers and is pollinated by both hummingbirds and bats. We know from previous work that the variation in morphological floral traits between these species is explained by a few quantitative trait loci (QTLs) of moderate to small effect (Alexandre et al., 2015), but we still do not know which genes underly these loci. In this study, we surveyed the literature and used a comparative transcriptomic approach to identify candidate genes that could explain floral variation between R. auriculatum and R. rupincola. We then tested their association with corolla shape variation using QTL mapping for a F2 hybrid population. Results showed that 7 out of 29 candidate genes were included within 8 different QTL. The number, repartition and putative function of these genes suggest that corolla shape is a complex trait. This sort of investigation is rarely undertaken in non-model species, but is important to integrate developmental genetics with an evolutionary perspective.

Tesis por compendio / [ES] La berenjena (Solanum melongena L.) es uno de los cultivos comerciales de hortalizas solanáceas más importantes que se cultiva ampliamente en Asia y la región del Mediterráneo. A pesar de su importancia económica, la disponibilidad de poblaciones experimentales y herramientas genómicas para el mejoramiento es aún muy limitada en comparación con otros cultivos importantes. Debido a la alteración progresiva del ecosistema global por el cambio climático, las plantas están constantemente expuestas a condiciones ambientales estresantes que impactan negativamente en su productividad. El cuello de botella genético ocurrido durante la domesticación de la berenjena, que limita la disponibilidad de recursos genéticos para su mejoramiento genético, hace que este cultivo sea extremadamente vulnerable al cambio climático, por lo que se requieren nuevas estrategias para reducir su erosión genética. En este contexto, los parientes silvestres de los cultivos (CWRs) han demostrado ser un recurso genético válido para la mejora vegetal, ya que su uso permite ampliar la diversidad genética de los cultivos y, en paralelo, desarrollar variedades mejoradas adaptadas al cambio climático. Para lograr este objetivo, en esta tesis doctoral informamos sobre el desarrollo y la evaluación de materiales avanzados de berenjena obtenidos mediante el uso de parientes silvestres. En el primer capítulo, realizamos una evaluación fenotípica en dos ambientes de un conjunto de 16 ILs de berenjena con introgresión de S. incanum, un pariente silvestre. Se evaluaron diecisiete caracteres agronómicos para comparar el rendimiento de las ILs con el parental recurrente e identificar QTLs para los caracteres investigados. Encontramos diferencias morfológicas significativas entre los parentales, y el híbrido resultó heterótico para los caracteres de vigor. A pesar de que la interacción entre genotipo y ambiente (G x E) resultó significativa para la mayoría de los caracteres, en general las ILs mostraron pocas diferencias fenotípicas con el progenitor receptor, incluso en presencia de grandes fragmentos de introgresión del progenitor silvestre. Se encontraron valores de heredabilidad bajos a moderados para los caracteres agronómicos. En total, detectamos diez QTLs estables, dos de los cuales estaban relacionados con caracteres de planta y cuatro para caracteres de flor y fruto. En general, las introgresiones de S. incanum mejoraron los valores medios de la mayoría de los caracteres de planta y flor, y disminuyeron el de los caracteres de fruto. Para tres QTLs relacionados con la longitud del pedicelo del fruto y con el peso del fruto, encontramos evidencia de sintenia con otros QTLs identificados previamente en poblaciones de berenjena. Siete QTLs eran nuevos, de los cuales cuatro relacionados con la altura de la planta, con la espinosidad del cáliz de la flor y con la longitud del pedicelo del fruto no colocalizaron con ningún QTL previamente identificado en las poblaciones de berenjena, y tres relacionados con el diámetro del tallo, con la longitud del pedúnculo y del estigma, fueron los primeros identificados en berenjena para estos caracteres. En el segundo capítulo, el conjunto de IL de berenjena con introgresiones de S. incanum se evaluó para la forma del fruto en dos ambientes. Específicamente, realizamos un fenotipado detallado de los frutos de los parentales, del híbrido y de las ILs utilizando 32 descriptores morfológicos de la herramienta fenómica Tomato Analyzer. Se encontraron grandes diferencias morfológicas en los frutos de los parentales, y el híbrido presentó valores negativos de heterosis para muchos de los caracteres de forma del fruto, siendo fenotípicamente más cercano al parental S. incanum. Para la mayoría de los descriptores de forma del fruto observamos diferencias significativas entre las ILs y el parental receptor, incluso en presencia de pequeños fragmentos de introgresión del parental silvestre. A pesar de que la contribución del ambiente y la... / [CAT] L'albergínia (Solanum melongena L.) és un dels cultius comercials d'hortalisses solanácees més importants que es cultiva àmpliament a Àsia i la regió del Mediterrani. Malgrat la seua importància econòmica, la disponibilitat de poblacions experimentals i eines genòmiques per al millorament és encara molt limitada en comparació amb altres cultius importants. A causa de l'alteració progressiva de l'ecosistema global pel canvi climàtic, les plantes estan constantment exposades a condicions ambientals estressants que impacten negativament en la seua productivitat. El coll de botella genètic ocorregut durant la domesticació de l'albergínia, que limita la disponibilitat de recursos genètics per al seu millorament genètic, fa que aquest cultiu siga extremadament vulnerable al canvi climàtic, per la qual cosa es requereixen noves estratègies per a reduir la seua erosió genètica. En aquest context, els parents silvestres dels cultius (CWRs) han demostrat ser un recurs genètic vàlid per a la millora vegetal, ja que el seu ús permet ampliar la diversitat genètica dels cultius i, en paral·lel, desenvolupar varietats millorades adaptades al canvi climàtic. Per a aconseguir aquest objectiu, en aquesta tesi doctoral presentem el desenvolupament i l'avaluació de materials avançats d'albergínia obtinguts mitjançant l'ús de parents silvestres. En el primer capítol, realitzem una avaluació fenotípica en dos ambients d'un conjunt de 16 IL d'albergínia amb introgresions de S. incanum, un parent silvestre. Es van puntuar dèsset caràcters agronòmics per a avaluar el rendiment de les ILs en comparació amb el parental recurrent i identificar els QTL per als caràcters investigats. Trobarem diferències morfològiques significatives entre els parentals, i l'híbrid va resultar heteròtic per als caràcters de vigor. A pesar que la interacció entre genotip i ambient (G x E) va resultar significativa per a la majoria dels caràcters, en general les ILs van mostrar poques diferències fenotípiques amb el progenitor receptor, fins i tot en presència de grans fragments d'introgresió del progenitor silvestre. Es van trobar valors de heredabilitat baixos a moderats per als caràcters agronòmics. En total, detectarem deu QTL estables, dos dels quals estaven relacionats a caràcters de planta i quatre per a caràcters de flor i fruit. En general, les introgresions de S. incanum van millorar els valors mitjos de la majoria dels caràcters de planta i flor, i van disminuir el dels caràcters de fruit. Per a tres QTL relacionats amb la longitud del pedicel del fruit i amb el pes del fruit, trobem evidència de sintenia amb altres QTLs identificats prèviament en poblacions d'albergínia. Set QTL eren nous, dels quals quatre estaven relacionats amb l'altura de la planta, amb la espinositat del calze de la flor i amb la llargària del pedicel del fruit no van colocalitzar amb cap QTL prèviament identificat en les poblacions d'albergínia, i tres relacionats amb el diàmetre de la tija, amb la llargària del peduncle i de l'estigma, van ser els primers reportats en albergínia per a aquests caràcters. En el segon capítol, el conjunt de IL d'albergínia amb introgresions de S. incanum es va avaluar per a la forma del fruit en dos ambients. Específicament, realitzarem un fenotipado detallat dels fruits dels parentals, de l'híbrid i de les ILs utilitzant 32 descriptors morfològics de l'eina fenómica Tomato Analyzer. Es van trobar grans diferències morfològiques en els fruits dels parentals, i l'híbrid va presentar valors negatius de heterosis per a molts dels caràcters de forma del fruit, sent fenotípicamente més pròxim al parental S. incanum. Per a la majoria dels descriptors de forma del fruit observarem diferències significatives entre les ILs i el parental recipient, fins i tot en presència de xicotets fragments d'introgresió del parental silvestre. A pesar que la contribució de l'ambient i la interacció G × E van ser significatives per a quasi tots els descriptors, trobem que els seus... / [EN] Eggplant (Solanum melongena L.) is one of the most important commercial solanaceous vegetable crops grown widely in Asia and Mediterranean region. Despite its economic importance, the availability of experimental populations and genomic tools for breeding is still very limited compared to other major crops. Due to the progressive alteration of global ecosystem by climate change, plants are constantly exposed to stressful environmental conditions that impact negatively on their productivity. The genetic bottleneck occurred during eggplant domestication, which limits the availability of genetic resources for its genetic improvement, makes this crop extremely vulnerable to climate change, and, therefore, new strategies are needed for reducing its genetic erosion. In this context, crop wild relatives (CWRs) have demonstrated to be a valid genetic resources for plant breeding, as their use allows to broaden the genetic diversity of the crop and, in parallel, develop improved varieties adapted to climate change. To achieve this objective, in this doctoral thesis we reported on the development and evaluation of eggplant advanced materials obtained by using crop wild relatives. In the first chapter, we have conducted a phenotypic evaluation in two environments of a set of 16 eggplant ILs with introgression from S. incanum, a close wild relative. Seventeen agronomic traits were scored to test the performance of ILs compared to the recurrent parent and identify QTLs for the investigated traits. We found significant morphological differences between parents, and the hybrid was heterotic for vigour related traits. Although significant genotype x environment interaction (G x E) was detected for most traits, the ILs generally exhibited few phenotypic differences with recipient parent, even in the presence of large introgression fragments from the wild parent. Low to moderate heritability values were found for the agronomic traits. In total, we detected ten stable QTLs, two of which were for plant-related traits and four for both flower- and fruit-related traits. In general, S. incanum introgressions improved the performance of most plant- and flower-related traits and decreased that of fruit-related traits. For three QTLs related to fruit pedicel length and fruit weight, we found evidence of synteny to other QTLs previously reported in eggplant populations. Seven QTLs were new, of which four related to plant height, flower calyx prickles, and fruit pedicel length, did not colocalized with any previous identified QTLs in eggplant populations, and three related to stem diameter, peduncle length, and stigma length, were the first reported in eggplant for these traits. In the second chapter, the set of eggplant ILs with introgression from S. incanum was evaluated for fruit shape in two environments. Specifically, we performed a detailed phenotyping of the fruits of the parents, hybrid, and ILs using 32 morphological descriptors of the phenomics tool Tomato Analyzer. Large differences in fruit morphology were found between ILs parents, and the hybrid exhibited negative values of heterosis for many fruit shape traits, being phenotypically closer to S. incanum parent. For most fruit shape descriptors, we observed significant differences between ILs and recipient parent, even in the presence of small wild donor fragments. Although the contribution of the environment and G × E interaction were significant for almost all descriptors, we found that their effects on fruit shape were relatively low, and the observed variations in fruit shape was mainly genetically regulated. Hierarchical clustering revealed nine clusters of highly correlated traits and six ILs groups. A total of 41 QTLs were mapped. Of these, sixteen associated to Basic Measurement and Fruit Shape Index descriptors were syntenic to other previously reported in several intraspecific and interspecific eggplant populations, while twenty-five QTLs related to Blockiness, Homogeneity.... / This work was undertaken as part of the initiative “Adapting Agriculture to Climate Change: Collecting, Protecting, and Preparing Crop Wild Relatives”, which is supported by the Government of Norway. The project is managed by the Global Crop Diversity Trust with the Millennium Seed Bank of the Royal Botanic Gardens, Kew and implemented in partnership with national and international gene banks and plant breeding institutes around the world. For further information, see the project website: http://www.cwrdiversity.org/. Funding was also received from Spanish Ministerio de Economía, Industria y Competitividad and Fondo Europeo de Desarrollo Regional (grant AGL2015-64755-R from MINECO/FEDER); from Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, Agencia Estatal de Investigación and Fondo Europeo de Desarrollo Regional (grant RTI-2018-094592-B-100 from MCIU/AEI/FEDER, UE); from European Union’s Horizon 2020 Research and Innovation Programme under grant agreement No. 677379 (G2P-SOL project: Linking genetic resources, genomes and phenotypes of Solanaceous crops); and from Vicerrectorado de Investigación, Innovación y Transferencia de la Universitat Politècnica de València (Ayuda a Primeros Proyectos de Investigación; PAID-06-18). Giulio Mangino is grateful to Generalitat Valenciana for a predoctoral grant within the Santiago Grisolía programme (GRISOLIAP/2016/012). / Mangino, G. (2022). Development and use of introgression populations for the detection of QTL related to important agronomic traits in eggplant [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/188916 / Compendio

Doctor of Philosophy / Genetics Interdepartmental Program / Bikram S. Gill / Leaf rust, caused by fungus Puccinia triticina, is an important foliar disease of wheat worldwide. Breeding for race-nonspecific resistant cultivars is the best strategy to combat this disease. Aegilops tauschii, D genome donor of hexaploid wheat, has provided resistance to several pests and pathogens of wheat. To identify potentially new adult plant resistance (APR) genes, 371 geographically diverse Ae. tauschii accessions were evaluated in field with leaf rust (LR) composite culture of predominant races. Accessions from Afghanistan only displayed APR whereas both seedling resistance and APR were common in the Caspian Sea region. Seventeen accessions with high APR were selected for production of synthetic hexaploid wheat (SHW), using ‘TetraPrelude’ and/or ‘TetraThatcher’ as tetraploid parents. Six SHWs were produced and evaluated for APR to LR and resistance to tan spot at seedling stage. Genetic analysis and mapping of APR introgressed from accession TA2474 was investigated in recombinant inbred lines (RIL) population derived from cross between SHW, TA4161-L3 and spring wheat cultivar, ‘WL711’. Genotyping-by-sequencing approach was used to genotype the RILs. Maximum disease severity (MDS) for LR was significantly correlated among all experiments and APR to LR was highly heritable trait in this population. Nine genomic regions significantly associated with APR to LR were QLr.ksu-1AL, QLr.ksu-1BS, QLr.ksu-1BL.1, QLr.ksu-1BL.2, QLr.ksu-2DS, QLr.ksu-2DL, QLr.ksu-5AL, QLr.ksu-5DL and QLr.ksu-6BL. Association of QLr.ksu-1BL.1 with marker Xwmc44 indicated this locus could be slow-rusting APR gene, Lr46/Yr29. QTLs detected on 2DS, 2DL and 5DL were contributed by TA4161-L3 and are novel, along with QLr.ksu-5AL. Tan spot, caused by necrotrophic fungus, Pyrenophora tritici-repentis, has recently emerged as a damaging disease of wheat worldwide. To identify QTLs associated with resistance to Race 1 of P. tritici-repentis, F[subscript]2:3 population derived from cross between SHW, TA4161-L1 and winter wheat cultivar, ‘TAM105’ was used. Two major effect QTLs, QTs.ksu-1AS.1 and QTs.ksu-7AS were significantly associated with tan spot resistance and contributed by TA4161-L1. QTs.ksu-7AS is a novel QTL and explained 17% of the phenotypic variation. Novel QTLs for APR to LR and tan spot identified in SHWs add new variation for broadening the gene pool of wheat and providing resources for breeding of durable resistant cultivars.

Doctor of Philosophy / Genetics Interdepartmental Program / James C. Nelson / QTL (quantitative-trait locus) analysis aims to locate and estimate the effects of genes that are responsible for quantitative traits, by means of statistical methods that evaluate the association of genetic variation with trait (phenotypic) variation. Quantitative traits are typically controlled by multiple genes with varying degrees of influence on the phenotype. I describe a new QTL analysis method based on shrinkage and a unifying framework based on the generalized linear model for non-normal data. I develop their extensions to multiple-trait QTL analysis. Expression QTL, or eQTL, analysis is QTL analysis applied to gene expression data to reveal the eQTLs controlling transcript-abundance variation, with the goal of elucidating gene regulatory networks. For exploiting eQTL data, I develop a novel extension of the graphical Gaussian model that produces an undirected graph of a gene regulatory network. To reduce the dimensionality, the extension constructs networks one cluster at a time. However, because Fuzzy-K, the clustering method of choice, relies on subjective visual cutoffs for cluster membership, I develop a bootstrap method to overcome this disadvantage. Finally, I describe QGene, an extensible QTL- and eQTL-analysis software platform written in Java and used for implementation of all analyses.

Menace potentielle pour l'hévéaculture mondiale, la maladie sud-américaine des feuilles de l'hévéa provoquée par le champignon Microcyclus ulei est aussi responsable du faible développement de cette culture en Amérique latine. La sélection de variétés résistantes est privilégiée pour anticiper une apparition accidentelle de la maladie dans les pays encore épargnés et pour développer la culture de l'hévéa dans les zones infestées. La principale source de résistance décrite jusqu'à présent n'est pas fonctionnelle face à des isolats très agressifs du champignon. Une autre source de résistance identifiée chez un cultivar originaire du Pérou se maintient depuis plus de trente ans en conditions de forte infestation. La cartographie génétique réalisée sur la descendance de ce cultivar en croisement révèle l'existence de deux gènes majeurs de résistance, l'un situé sur le groupe de liaison g15 et efficace contre les isolats de Guyane et l'autre sur le groupe de liaison g13 efficace vis-à-vis des isolats de l'état de Bahia. L'analyse de la diversité des populations naturelles du sud-ouest Amazonien fait apparaître une structure en trois groupes principaux recouvrant les états brésiliens de l'Acre, du Rondônia et du Mato Grosso. La population Madre de Dios au Pérou est rattachée au groupe de l'Acre. La différentiation entre les populations est expliquée principalement par l'isolement par la distance et secondairement par l'existence de bassins hydrographiques. Le déséquilibre de liaison entre marqueurs liés est plus étendu dans le groupe Acre que dans le groupe Rondônia, mais reste faible dans les deux cas. Une association avec le caractère de résistance à M. ulei est détectée avec un marqueur microsatellite situé à proximité du gène majeur de résistance du groupe de liaison g15. Une autre association est détectée dans une portion du génome où aucun locus de résistance n'était identifié jusqu'à présent. L'importance de ces résultats pour la sélection de nouveaux cultivars résistants à M. ulei est discutée.

L'avènement des marqueurs moléculaires dans les années 80 a ouvert de nouvelles perspectives pour l'identification de locus impliqués dans la variation de caractères quantitatifs (QTL). De nombreuses études, notamment théoriques, ont montré que l'utilisation en sélection des marqueurs associés aux QTL (la Sélection Assistée par Marqueurs, SAM) pourrait permettre un gain d'efficacité par rapport à la sélection conventionnelle. En génétique végétale, la plupart des expériences de détection de QTL sont réalisées dans des populations issues du croisement entre deux lignées pures. Ainsi, beaucoup de moyens se retrouvent concentrés sur une base génétique étroite. Pourtant la probabilité de détecter des QTL est plus importante dans des populations avec une base génétique large, impliquant plus de deux parents car la diversité génétique est plus importante. Dans un contexte multiparental, le cas des populations multiparentales connectées, c'est-à-dire issues de croisements ayant un des parents en commun, présente un intérêt majeur puisque les connexions entre populations permettent pour un effectif global donné d'augmenter la puissance de détection des QTL, de comparer pour chaque QTL l'intérêt relatif de plusieurs allèles, et d'étudier leurs éventuelles interactions avec le fonds génétique. En termes de SAM, on peut penser que les marqueurs seront particulièrement intéressants dans un tel contexte pour diriger les croisements entre individus, afin de contrôler les recombinaisons entre les différents génomes parentaux et d'aider à la sélection d'individus qui cumulent les allèles favorables provenant des différents parents de départ. Aussi l'objectif de ce programme est-il de valider l'intérêt d'un schéma de SAM dans un dispositif multiparental connecté. Un croisement diallèle entre quatre lignées de maïs a permis de générer 6 populations de 150 plantes F2 chacune. La détection de QTL sur ce dispositif de 900 individus a été réalisée pour différents caractères grâce à MCQTL qui permet de prendre en compte les connexions entre populations. La comparaison des QTL détectés population par population et ceux détectés sur le dispositif complet en prenant en compte les connexions ou non, montre que l'analyse globale du dispositif en prenant en compte les connexions entre populations permet un gain de puissance substantiel et conduit à une meilleure précision de la localisation des QTL. A partir de ces résultats nous avons mis en place trois cycles de sélection sur marqueurs dans deux schémas présentant des objectifs distincts : i. obtenir un matériel plus précoce, pour le premier ii. augmenter le rendement tout en conservant une humidité des grains constante à la récolte pour le second. Pour pouvoir suivre la transmission des allèles parentaux aux QTL au cours des générations, un programme de calcul de probabilités d'identité par descendance adapté au dispositif à été développé. L'évaluation expérimentale du progrès génétique nous a permis de mettre en évidence, après 3 cycles de sélection, un gain significatif de précocité de 3 jours pour le schéma floraison et un gain significatif de 3.2 quintaux de rendement pour le schéma rendement. Parallèlement, nous avons comparé par simulation différents schémas de sélection, en nous basant sur le dispositif expérimental mis en place (nombre et effet des QTL, h²

<p>Cerebrovascular disease (stroke), especially ischemic stroke, is a major cause of death and neurological disability in adults. Because of its clinical heterogeneity, stroke is considered as a multi-factorial and polygenic disorder. Most current genetic studies of ischemic stroke focus on genetic susceptibility rather than factors determining stroke outcome. The genetic components of ischemic stroke outcome are difficult to study in humans due to environmental factors and medical intervention. Thus, we proposed to use a surgically induced, permanent, focal cerebral ischemic stroke mouse model to investigate genetic factors of ischemic stroke outcome measured by infarct volume. This model is the middle cerebral artery occlusion (MCAO) model. First, we screened infarct volumes across 32 inbred mouse strains. The infarct volume varies between strains, and this strongly suggests that infarct volume is genetically determined. To identify these genetic factors, we used genome-wide association study [Efficient Mixed-Model Association (EMMA) analysis] on infarct volume from 32 inbred mouse strains. Using the EMMA analysis, we identified 11 infarct volume-associated loci; however, most loci were mapped with missing alleles. This suggests that these loci might be false positives. Thus, we used specifically designed scripts of EMMA analysis with updated mouse SNP database to correct for potential false positives. The loci identified by the updated EMMA analyses will led us to the identification of genes involved in ischemic stroke outcome. </p><p> There are two major mechanisms were proposed to be determinants of infarct volume, the extent of native collateral circulation and neuroprotection. Using the infarct volume screening panel from 32 inbred strains, we observed that infarct volume is inversely correlated with the native collateral vessel number. However, among these inbred strains, we also observed several strains differ significantly in infarct volumes but harbor similar collateral numbers. In order to identify genetic factors determining infarct volume in a collateral-independent manner (neuroprotection), we used quantitative trait locus (QTL) mapping on mouse strains that exhibit the most difference in infarct volumes but the least difference in collateral numbers (C57BL/6J and C3H/HeJ). From the F2 B6 x C3H cross, we mapped 4 loci determining infarct volume (cerebral infarct volume QTL 4 to 7, Civq4 to Civq7). The Civq4 locus is the strongest locus (LOD 9.8) that contributes 21% of phenotypic variance in infarct volume. We also used a parallel F2 B6 x C3H cross to perform a QTL mapping on collateral vessel traits to further verify these collateral-independent loci. Among these 4 loci, the Civq4 and Civq7 loci appear to be truly collateral-independent. Based on strain-specific sequence variants and mRNA expression differences, we proposed Msr1 and Mtmr7 are the potential candidate genes of the Civq4 locus. Identification of the collateral-independent genetic factors will help to understand the genetic architecture, disease pathophysiology and potential therapeutic targets for of ischemic stroke</p> / Dissertation