Titre de l'écran-titre (visionné le 5 septembre 2023) / Le soja (Glycine max; L. Merr.) est, d'un point de vue économique et agronomique, la plus importante légumineuse au monde dont l'attrait principal résulte de sa capacité à produire de fortes teneurs en protéines et en lipides. Ses caractéristiques agronomiques et nutritionnelles précieuses ont induit une forte augmentation de la demande et ainsi des surfaces allouées à sa culture créant une nouvelle niche écologique qui favorise l'émergence d'agents pathogènes. Parmi eux, Phytophthora sojae (Kaufmann and Gerdemann), causant la pourriture phytophthoréenne du soja (PRR), est l'un des facteurs les plus limitants au Canada et ailleurs dans le monde. L'introgression de gènes de résistance à P. sojae (Rps), dans des cultivars à haut rendement, fut la méthode de lutte favorisée par les semenciers pour réprimer la PRR. Ce type de résistance, dite verticale, se caractérise par la capacité d'un unique gène Rps à conférer une immunité totale contre les souches de P. sojae possédant le gène d'avirulence (Avr) complémentaire. Cependant, le déploiement massif des gènes Rps dans des cultivars de soja a imposé une forte pression de sélection sur les populations de P. sojae qui ont ainsi évolué vers des pathotypes plus complexes et capables de contourner ce type de résistance. Une approche alternative serait d'exploiter la résistance horizontale (RH) conférée par plusieurs gènes ou loci à caractères quantitatifs (QTL). Étant multigénique, ce type de résistance, par rapport à la résistance verticale, est plus durable et efficace contre un large spectre de pathotypes. Utilisés en synergie, ces deux types de résistance sont indispensables pour maintenir l'efficacité de la lutte génétique contre la PRR à long terme et ainsi assurer une meilleure gestion de la culture du soja. L'objectif principal de cette thèse est d'identifier des marqueurs génétiques associés à la RH du soja contre P. sojae afin de permettre aux semenciers de développer des variétés de soja à haut rendement, adaptées aux conditions canadiennes et résistantes contre P. sojae. Afin d'y parvenir, trois études, qui font intervenir les derniers outils de génotypage du soja et de phénotypage du niveau de résistance à la PRR, ont été réalisées. La première étude est une cartographie génétique sur une population formée de lignées pures recombinantes (RIL) issues du croisement entre PI 449459 et Misty, deux lignées adaptées aux conditions canadiennes mais contrastées pour le niveau de RH contre P. sojae. Une approche de génotypage-par-séquençage (GBS) a permis de comparer les RILs sur la base de marqueurs génétiques hérités des parents. En parallèle, le phénotypage des RILs pour le niveau de RH a été réalisé à l'aide d'une nouvelle technique d'inoculation en hydroponie. Ceci a permis d'identifier deux QTLs associés à la RH contre P. sojae. Une analyse transcriptomique (RNA-seq) complémentaire a identifié des variations transcriptionnelles et nucléotidiques entre les deux parents, permettant ainsi de raffiner le nombre de gènes candidats à un seul par QTL identifié. À l'instar de la première étude, la seconde est aussi une cartographie génétique sur une population de RILs faisant usage d'un GBS et du phénotypage de la RH en hydroponie. En revanche, la population de RILs est issue du croisement entre les lignées PI 449459 et QS5091.50J qui ne sont pas contrastées pour le niveau de RH. La distribution des RILs et des parents pour le niveau de RH a suggéré qu'une nouvelle source de résistance, non exprimée chez les parents, a été générée durant la création de la population. Une analyse comparative des variations structurales et nucléotidiques des parents et de RILs a conduit à l'identification de deux SNP pouvant justifier l'amélioration de la résistance chez les RILs. Enfin, la troisième étude en est une d'association pangénomique (GWAS) de la RH du soja contre P. sojae. Un séquençage complet du génome de 357 accessions a permis de produire un génotypage offrant une couverture génomique inédite pour une étude de la résistance du soja. En parallèle, le phénotypage de la RH de ces 357 accessions a été réalisé en hydroponie. Les différents modèles statistiques utilisés, pour réaliser le GWAS, ont communément identifié un unique QTL ayant un impact majeur sur le niveau de RH. Ensuite, un unique gène candidat a été identifié et sa pertinence fut confirmée par une analyse d'expression par qRT-PCR entre des lignées sensibles et résistantes contrastées pour l'allèle au SNP le plus fortement associé. / Soybean (Glycine max L. Merr.) is, from an economic and agronomic point of view, the most important legume in the world. The interest for this crop results from its capacity to produce high levels of proteins and lipids. Its valuable agronomic and nutritional characteristics have led to a strong increase in demand and thus in the areas allocated to its production, creating a new ecological niche that favors the emergence of pathogens. Among them, Phytophthora sojae (Kaufmann and Gerdemann), causing Phytophthora root rot (PRR), is one of the most limiting factors in Canada and elsewhere in the world. The introgression of P. sojae resistance (Rps) genes into high-yielding cultivars has been the favored strategy by breeders to control PRR. This type of resistance, known as vertical, is characterized by the capacity of a single Rps gene to confer total immunity against isolates of P. sojae possessing the complementary avirulence (Avr) gene. However, the massive deployment of Rps genes in soybean cultivars has imposed a strong selection pressure on populations of P. sojae, which has led to the development of more complex pathotypes capable of by passing this type of resistance. An alternative approach would be to exploit the horizontal resistance (HR) conferred by several genes or quantitative trait loci (QTLs). Being multigenic, this type of resistance, compared to vertical resistance, is more durable and effective against a broad spectrum of pathotypes. Used in synergy, these two types of resistance are essential to maintain the long-term effectiveness of the genetic control against PRR and thus ensure better management of soybean crops. The main objective of this thesis is to identify genetic markers associated with soybean HR against P. sojae in order to allow breeders to develop high-yielding soybean varieties, adapted to Canadian conditions and resistant to P. sojae. In order to achieve this, three studies, exploiting the latest tools for soybean genotyping and phenotyping, were carried out. The first study is a genetic mapping analysis on a population of recombinant in bred lines (RILs) resulting from the cross between PI 449459 and Misty, two lines adapted to Canadian conditions but contrasted for their level of HR against P. sojae. A genotyping-by-sequencing (GBS) approach was used to compare the RILs on the basis of genetic markers in herited from the parents. In parallel, the phenotyping of RILs for the level of HR was performed using a new hydroponic inoculation assay. This allowed the identification of two QTLs associated with HR against P. sojae. A complementary RNA-seq analysis identified both expression and nucleotide variations between the two parents, thus refining the number of candidate genes to one per QTL identified. As in the first study, the second one also reports on genetic mapping on a population of RILs using GBS and HR phenotyping in hydroponic systems. Un like the first study, the population of RILs resulted from the cross between the lines PI 449459 and QS5091.50J, both exhibiting a high level of HR. The distribution of RILs and parents for their resistance to P. sojae suggested that a new source of resistance, not expressed in the parents, was generated during the creation of RILs. A comparative analysis of the structural and nucleotide variations between the parents and the more resistant RILs led to the identification of two SNPs that could explain the improvement in resistance. Finally, the third study is a genome-wide association analysis (GWAS) for HR of soybean against P. sojae. A whole-genome sequencing of 357 accessions was performed and provided data offering an unprecedented genome coverage compared to previous GWA analyses performed for disease resistance in soybean. In parallel, the phenotyping of these 357 accessions for the level of HR was carried out with the hydroponic assay. The different statistical models used to perform the GWAS have convergently identified a single QTL having a major impact on the level of HR. Within this QTL, a single candidate gene was identified and its relevance was confirmed by qRT-PCR analysis between the sensitive and resistant lines contrasted for the allele at the peak SNP.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/124263 |
| Date | 25 March 2024 |
| Creators | de Ronne, Maxime |
| Contributors | Bélanger, Richard R. (Richard Robert), Belzile, François |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xv, 146 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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