Mining genetic diversity for tomorrow's agriculture
Valoriser la diversité génétique pour l'agriculture de demain
Résumé
Genetic diversity is the key ingredient fueling gains during plant breeding programs. Thus, understanding the structure of a germplasm's genetic diversity as well as the factors shaping it pave the way for crop improvement. During my thesis, I utilized quantitative modeling and bioinformatic approaches to study both meiotic recombination, a factor driving genome reshuffling, and the genetic diversity of two important crops, tomato and peanut. For meiotic recombination, individual genomic/epigenomic features have weak predictive power regarding the distribution of crossovers in Arabidopsis thaliana. Instead, a summarized epigenetic status, referring to 10 chromatin states, is able to reveal the associated landscape rather well. Furthermore, I found that intermediate levels of single nucleotide polymorphisms (SNPs) between homologs leads to more crossovers compared to the case of near identical sequences, and that intergenic regions of size less than 1.5 kb tend to suppress crossovers. Taken together, I integrated these effects into a quantitative model that can predict recombination landscapes and that reproduces much of the variation seen in the experimental crossover data. Moving on to the cultivated tomato, one of its most destructive diseases is Bacterial wilt (BW). I used the whole genome sequence data of six BW resistant and nine BW susceptible lines to identify polymorphisms specific to resistant lines. Among resistant-specific polymorphisms affecting 385 genes, the marker Bwr3.2dCAPS located in the Asc (Solyc03g114600.4.1) was shown to be significantly associated with the BW resistance but nevertheless it does not fully explain the resistance phenotype. Lastly, I assessed the genetic diversity of cultivated peanuts in Taiwan by the restriction site associated DNA (RAD) approach using 31 accessions. My results indicate that worldwide accessions have greater genetic diversity than local accessions, suggesting that novel genetic resources should be introduced into the present breeding programs for enhancing the genetic diversity. These successive investigations, motivated respectively by fundamental biology and by applied breeding science, provide new insights that can help future strategies for crop improvement.
La diversité génétique est la clé de la sélection végétale. Ainsi, la compréhension des facteurs contribuant à la diversité génétique et elle-même en soi ouvrirait la voie à l'amélioration des cultures. Au cours de ma thèse, j'ai utilisé la modélisation quantitative et des approches bioinformatiques pour étudier à la fois la recombinaison méiotique, un facteur à l'origine du remaniement du génome, et la diversité génétique de deux cultures importantes, la tomate et l'arachide. Pour la recombinaison méiotique, chacune des caractéristiques génomiques/épigénomiques explique mal les paysages croisés chez Arabidopsis thaliana. Au lieu de cela, un état épigénétique résumé, se référant à 10 états de chromatine, est capable de révéler la tendance de la distribution croisée. De plus, j'ai découvert que la quantité intermédiaire de polymorphismes nucléotidiques simples (SNP) entre les homologues recrute plus de croisements par rapport aux séquences homologues identiques, et les régions intergéniques d'une taille inférieure à 1,5 kb suppriment les croisements. Pris ensemble, l'intégration de ces effets a été intégrée dans un modèle quantitatif qui peut prédire le paysage de recombinaison reproduisant une grande variation des données de croisement expérimentales. Chez la tomate cultivée, le flétrissement bactérien (BW) est l'une des maladies les plus destructrices. L'ensemble des données de séquence du génome de six lignées résistantes au BW et de neuf lignées sensibles au BW a été utilisé pour identifier les polymorphismes spécifiques aux lignées résistantes. Parmi les polymorphismes spécifiques de la résistance affectant 385 gènes, un marqueur Bwr3.2dCAPS situé dans l'Asc (Solyc03g114600.4.1) s'est avéré être significativement associé à la résistance BW mais ne peut pas expliquer complètement le phénotype de résistance. Enfin, la diversité génétique de l'arachide cultivée à Taïwan a été évaluée par l'approche de l'ADN associé au site de restriction (RAD) en utilisant 31 accessions, et le résultat indique que les accessions mondiales ont une plus grande diversité génétique que les accessions locales, ce qui suggère que de nouvelles ressources génétiques sont nécessaires pour être introduit dans les programmes de sélection actuels pour améliorer la diversité génétique. Ces travaux, allant d'une question de biologie fondamentale à la science appliquée de la sélection, jettent les bases de l'amélioration future des cultures.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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