Le soya est une source importante de protéines, d'huile, de glucides, ainsi que d'autres nutriments bénéfiques, tels que des éléments minéraux. Une fonction majeure des protéines dans la nutrition est de fournir des quantités adéquates d'acides aminés. Bien qu’ils soient essentiels pour la santé humaine et la nutrition animale, les acides aminés soufrés que sont la cystéine (Cys) et la méthionine (Met) sont souvent en concentration limitée et le déterminisme génétique de leur teneur dans la graine de soya est mal caractérisé. Un autre facteur non moins important pour la qualité nutritionnelle du soya est sa teneur en éléments minéraux, laquelle affecte les caractéristiques d'utilisation finale des fractions d'huile et de protéines ainsi que la qualité des semences (germination, vigueur des jeunes plantules). Malheureusement, très peu d’attention a été portée sur les variétés canadiennes de soya en ce qui a trait à leur teneur en acides aminés soufrés ainsi qu’en éléments minéraux. L’amélioration génétique est l’une des voies les plus efficientes et économiques pour contribuer à une alimentation saine et nutritive, laquelle apporte au consommateur la quantité de nutriments nécessaires à une bonne santé. Pour que puisse se pratiquer une sélection en faveur d’une qualité nutritionnelle accrue, il faut idéalement identifier les déterminants génétiques de la teneur en divers nutriments et développer des marqueurs facilitant cette sélection. Présentement, les analyses d’association pangénomique (GWAS en anglais) constituent l’approche la plus puissante pour déterminer l’assise génétique d’un caractère. Dans les cas les plus favorables, non seulement ces analyses permettent-elles d’identifier des régions génomiques qui contrôlent en tout ou en partie les caractères étudiés, mais elles peuvent même permettre d’identifier des gènes candidats qui jouent un rôle direct dans ce déterminisme. Dans le cadre de cette thèse, nous avons souhaité déterminer l’assise génétique de composantes clés de la valeur nutritive du soya, soit la teneur en acides aminés soufrés (Cys/Met) et en quatre éléments minéraux majeurs (Ca, K, P et S). Dans les deux cas, des analyses d’association pangénomique ont été réalisées sur une collection de 137 lignées représentatives de la diversité génétique rencontrée au sein du soya canadien à maturité hâtive. Dans le premier volet, les teneurs en Cys et en Met ont été mesurées par spectroscopie proche infrarouge (NIR) sur des graines produites dans cinq environnements au total. Des données génotypiques pour 2,2 M de polymorphismes mononucléotidiques (SNP) ont été exploitées pour réaliser une analyse d’association. Dans une première phase de découverte, nous avons réussi à identifier un total de dix régions génomiques (QTL) en nous appuyons sur les phénotypes rencontrés dans deux environnements. Afin d’assurer la fiabilité ainsi que la reproductibilité de ces QTL, nous avons validé une forte majorité de ces QTL dans trois environnements additionnels. Ces QTL, dont la plupart sont inédits, nous ont permis d’identifier deux gènes candidats fort prometteurs codant pour des protéines impliquées dans la synthèse de la cystéine. Dans le deuxième volet, les teneurs en éléments minéraux ont été mesurées chez les 137 lignées à l’aide d’un spectromètre de fluorescence à rayons X (XRF) sur des grains récoltés dans cinq environnements. Les analyses d’association ont été réalisées avec le même jeu de données génotypiques (2,2 M de SNP) que dans le volet précédant. Huit QTL significativement associés à la teneur en Ca, K, P et S ont été identifiés de manière robuste à l’aide d’au moins deux modèles statistiques différents (sur les trois employés). La reproductibilité de ces QTL dans trois environnements additionnels a fait l’objet d’une seconde analyse pour des fins de validation. Une forte reproductibilité de l’effet de ces régions génomiques sur ces phénotypes a été observée par la validation de sept QTL sur huit. Trois gènes candidats ont été identifié impliqués soit dans le transport ou l’assimilation de ces éléments minéraux. Par rapport aux études précédentes, la forte densité de marqueurs utilisés dans cette étude a contribué à la détection reproductible de plusieurs nouveaux loci associés à la teneur en acides aminés soufrés ou en éléments minéraux. De plus, cela a rendu possible l’identification de gènes candidats prometteurs. Les marqueurs et les gènes identifiés dans cette étude seront utiles pour l'amélioration génétique du soya à travers la sélection génétique assistée par marqueur. / Soybean is an important source of protein, oil, carbohydrates, and other beneficial nutrients, such as minerals. A major function of protein in nutrition is to provide adequate amounts of amino acids. Although essential for human health and animal nutrition, the sulfur amino acids cysteine (Cys) and methionine (Met) are often limiting and the genetic basis underlying their accumulation in soybeans seeds is poorly characterized. Another factor no less important for the nutritional quality of soybeans is its mineral content, which affects the end-use traits of both the oil and protein fractions as well as the quality of seed (germination rate, vigor of seedlings). Unfortunately, very little attention has been paid to Canadian soybean varieties in terms of their content in sulfur amino acids and important minerals in seeds. The enhancement of seed nutrient content via genetic improvement is considered as the most promising and cost-effective approach to contribute to a healthy and nutritious diet, which provides the consumer with the necessary quantity of nutrients for good health. To facilitate breeding for increased nutritional quality, it is necessary to identify the genetic determinants underlying various nutrients and to develop markers allowing this selection. Currently, genome-wide association analysis (GWAS) is the most powerful approach for determining the genetic basis of a trait. In the most favorable cases, not only do these analyses make it possible to identify genomic regions which control all or part of the trait of interest, but they can even make it possible to identify candidate genes which play a direct role in the trait of interest. The goals of this thesis were to determine the genetic basis of key components of the nutritional value of soybeans, namely the seed content in sulfur amino acids (Cys / Met) and four major mineral elements (Ca, K, P and S). In both cases, a GWAS was performed on a collection of 137 lines representative of the genetic diversity encountered in early-maturing Canadian soybeans. In part 1, Cys and Met content were measured using near infrared spectroscopy (NIR) on seed from five environments in total. Genotypic data for 2.2 M single nucleotide polymorphisms (SNPs) were used to perform an association analysis. In an initial discovery phase based on the data from two environments, we were able to identify a total of ten genomic regions (QTL), most of which were identified for the first time. To ensure the reliability and reproducibility of these QTLs, we validated a large majority of these in three additional environments. These QTLs allowed us to identify two candidate genes, both of which code for proteins involved in cysteine synthesis. In part 2, mineral content was measured in seed of the same 137 lines using an X-ray fluorescence spectrometer (XRF) harvested from five environments in total. The association analyses were carried out with the same genotypic data set (2.2 M SNP) as in part 1. Eight QTLs significantly associated with the Ca, K, P and S content were identified by at least two of the three statistical models used. These QTLs were found to be highly reproducible as they influenced the studied traits in three additional environments. Indeed, seven of the eight QTLs were validated in this fashion. For these QTLs regions, we were able to identify thee candidate gene annotated as being involved in the transport or the assimilation of these mineral elements. Compared to previous studies, the high density of markers used in this study has contributed to the reproducible detection of several new loci associated with the content of sulfur amino acids or mineral elements. In addition, it has made it possible to identify promising candidate genes. The markers and genes identified in this study will be useful for the genetic improvement of soybeans through marker-assisted selection.

La sclérotiniose, causée par le champignon Sclerotinia sclerotiorum, est une des maladies les plus importantes de la culture du soya dans l’est du Canada. L’utilisation de cultivars résistants est la manière la plus efficace et économique pour lutter contre l’agent pathogène. Or, la pression de maladie au champ varie considérablement d’une année à l’autre selon les conditions climatiques, ce qui complique l’identification de matériel résistant. Nous avons donc développé une méthode d’inoculation artificielle fiable et reproductible pour évaluer la résistance à la sclérotiniose du soya en serre et au champ. Appelée méthode «du coton», elle consiste à appliquer des morceaux de tampon à démaquiller, trempés dans une suspension de mycélium broyé, sur un bourgeon floral, et à mesurer la longueur de la lésion qui se développe sur la tige après une semaine. Cette méthode simple et rapide donne des résultats comparables à la méthode de référence utilisée au Québec tout en départageant la résistance vraie des mécanismes d’évitement. Nous avons ensuite utilisé la méthode du coton pour caractériser le degré de résistance au sein d’une collection de 130 lignées de soya représentative de l’étendue de la diversité génétique présente chez cette espèce au Québec. En parallèle, nous avons mis au point une méthode de génotypage par séquençage à haut débit pour le soya et l’avons utilisée pour génotyper la collection. Le séquençage a produit 266,7 millions de séquences distinctes qui, après différents filtres, ont révélé 7 864 marqueurs SNP répartis sur les 20 chromosomes du soya. Des analyses d’association entre le degré de résistance et le génotype des lignées de la collection ont révélé la présence de quatre locus de caractère quantitatif (QTL) conférant une résistance accrue à l’agent pathogène. L’association la plus forte a été validée chez une population issue d’un croisement entre deux parents contrastés à ce locus. De plus, aucun des génotypes les plus résistants ne porte tous les allèles de résistance, ce qui indique qu’on peut développer du matériel présentant une résistance accrue à la sclérotiniose. Ces résultats ouvrent des perspectives prometteuses pour la sélection assistée de marqueurs ou la sélection génomique. / Sclerotinia stem rot (SSR), caused by the fungus Sclerotinia sclerotiorum, is one of the most important soybean diseases in Eastern Canada. Using resistant varieties is the most efficient and economic way to repress this disease. However disease pressure in the field fluctuates considerably from year to year according to climatic conditions, thus impeding the identification of resistant material. We developed a reliable and reproducible artificial inoculation method to assess resistance in the greenhouse and in the field. Named the «cotton pad method», it relies upon applying a piece of cotton pad soaked in a mycelial suspension on a floral bud and to measure the ensuing lesion length one week after inoculation. This quick and easy method provides disease ratings similar to the reference method used in Québec and is able to distinguish true resistance from disease avoidance mechanisms. We then used the cotton pad method to evaluate the degree of resistance in a panel of 130 soybean lines representing the genetic diversity present in this species in Quebec. In parallel, we developed a high-throughput genotyping by sequencing method for soybean and used it to genotype the collection. Sequencing provided 266.7 million distinct sequences, which yielded 7,864 SNPs on the 20 soybean chromosomes after several filtering steps. Association mapping performed between the genotype of the lines and their resistance level revealed the presence of four quantitative trait loci (QTLs) associated with SSR resistance. The strongest association was validated in a biparental population generated from a cross between two parents contrasted at this locus. Furthermore, none of the most resistant lines developed so far carries all of the resistance alleles, which suggests that it is possible to develop lines presenting increased SSR resistance. These results are promising for marker assisted or genomic selection.

Le soja (Glycine · max (L.) Merr.) a été domestiqué en Chine et la plus grande diversité génétique pour cette espèce se trouve en Asie. En Amérique du Nord, cette diversité génétique est très restreinte. Ce projet visait à comparer la diversité· génétique chez deux collections de soja: une collection ± locale¿ composée de 1 00 lignées représentatives d'un programme d' amélioration génétique privé au Québec et une collection ±exotique¿ composée de 200 lignées provenant de plusieurs pays. Au total, 39 marqueurs microsatellites ont été utilisés pour génotyper les deux collections. Le nombre d' allèles par locus et le nombre d' allèles uniques étaient toujours plus grands dans la collection ± exotique ¿ que dans la collection ± locale ¿. Un sous-groupe, formé des 18 lignées les mieux adaptées, avait le potentiel d'augmenter considérablement la diversité génétique présente au sein de la collection locale.