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Agrocampus - Ecole nationale supérieure d'agronomie de rennes (28/01/2008), Christian Huyghe (Dir.)
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Recherche de déterminants génétiques de la date de floraison chez la Légumineuse modèle, Medicago truncatula
Jean-Baptiste Pierre1

La morphogenèse aérienne inclut des caractères de croissance, de développement et de phénologie, et conditionne fortement la valeur d'usage des Légumineuses. Parmi ces caractères, la floraison est un événement majeur du cycle de vie car elle est déterminante pour le succès reproductif. Elle correspond à la transition généralement non réversible d'un méristème végétatif produisant des feuilles et tiges, en un méristème floral. La régulation de ce phénomène morphogénétique est le fait d'un réseau complexe de signalisations. Les légumineuses cultivées ont souvent des génomes complexes. C'est le cas de la luzerne (Medicago sativa), espèce fourragère pérenne, tétraploïde et allogame ainsi que du pois (P. sativum) qui présente un génome de grande taille. Des études précises peuvent être menées sur la légumineuse modèle Medicago truncatula, espèce diploïde, annuelle, à cycle court et autogame. De nombreuses ressources génétiques et génomiques sont disponibles chez cette espèce qui possède un fort degré de synténie avec la luzerne et le pois. De plus des gènes intervenant dans le déterminisme de la date de floraison ont été décrits chez A. thaliana et chez le pois. L'objectif de la thèse est d'identifier des zones du génome et des gènes en utilisant les connaissances et outils développés chez M. truncatula, A. thaliana et P. sativum dans le déterminisme génétique de la date de floraison chez M. truncatula. Après une analyse de l'effet de la photopériode sur la date de floraison d'une gamme de lignées, une approche " gènes candidats positionnels " a été mise en oeuvre. La méthodologie employée consiste à montrer la variabilité génétique de la date de floraison en réponse à la photopériode, rechercher des QTL (Quantitative Trait Locus) de date de floraison dans trois populations connectées de lignées recombinantes, réaliser une méta-analyse QTL afin de détecter les régions conservées dans le contrôle du caractère entre populations, cartographier finement un QTL majeur et repérer les gènes candidats présents dans son intervalle de confiance. L'expression de ces gènes a été comparée pour deux lignées afin d'associer au caractère les gènes différentiellement exprimés. En chambre de culture, la date de floraison de huit lignées a été mesurée sous deux traitements : 12 heures et 18 heures d'éclairement. Les données montrent qu'il existe de la variabilité génétique pour la date de floraison entre ces huit lignées, que la floraison est plus précoce en jours longs qu'en jours courts et qu'il existe une interaction lignée x photopériode. Un QTL majeur de date de floraison a pu être repéré sur le groupe de liaison 7 dans les trois populations de lignées recombinantes expliquant de 10 à 60 % de la variabilité observée. En méta-analyse sur les trois populations, un QTL consensus a été mis en évidence ayant un intervalle de confiance de seulement 0.9 cM. La cartographie fine de ce QTL a été réalisée sur la descendance (1663 plantes) d'une plante F6 hétérozygote au QTL détecté dans la population LR4. L'intervalle du QTL ainsi détecté couvre 2.4 cM. Six gènes homologues de gènes de floraison décrits chez A. thaliana ont été identifiés dans l'intervalle de ce QTL établi par cartographie fine. Leur séquençage pleine longueur a révélé du polymorphisme entre les deux parents : pour MtCO, homologue de CONSTANS et pour MtFTLc, homologue de FT. Par contre, aucun polymorphisme n'a été détecté pour deux autres homologues de FT (MtFTLa et MtFTLb) ni pour PKS. Une analyse de l'expression différentielle par RT-PCR semi quantitative des six gènes candidats a été réalisée chez deux lignées parentales contrastées pour leur date de floraison. Seul le gène MtCO est différentiellement exprimé entre ces deux lignées ; ce gène est donc actuellement le principal candidat pour expliquer la variation du caractère révélée à ce QTL sur le chromosome7, dans ces populations.
1:  P3F - Unité de Recherche Pluridisciplinaire Prairies et Plantes Fourragères
URP3F
Medicago truncatula – date de floraison – QTL – méta-analyse – cartographie fine – gènes candidats positionnels – étude transcriptomique – CONSTANS

Genetic determinants of flowering date in the model legume Medicago truncatula
The aerial morphogenesis includes traits such as growth, development or phenology, and has an important effect on yield and quality of legume crops. Among these traits, flowering is a major event of the life cycle and therefore crucial for the reproductive success. It corresponds to the irreversible transition of the meristem that generates plant leaves and stems into a floral meristem. The morphogenetic regulation of this phenomenon is a complex network of signals. Legume crops often have complex genomes such as the perennial forage species of alfalfa (Medicago sativa), that is tetraploid and allogamous and pea (P. sativum), with a large genome. Specific studies can be conducted on the model legume Medicago truncatula which is an annual autogamous and diploid species, and has a short reproductive cycle. Many genetic and genomic resources are available in this species that has a high degree of synteny with alfalfa and pea. In addition, genes involved in the determinism on the flowering date were described in A. thaliana and in pea. The aim of the thesis was to identify genomic regions and genes in M. truncatula using the knowledge and tools developed in M. truncatula, A. thaliana and P. sativum for genetic determinism of the flowering date. After analysing the photoperiod effect on flowering date of a set of lines, a "positional candidate genes" strategy has been implemented. After the analysis of the genetic variability of the date of flowering in response to photoperiod, the methodology consisted into searching QTL (Quantitative Trait Locus) of flowering date in three connected populations of recombinant lines, conducting a meta-analysis QTL to detect common regions involved in the control of this trait between populations, realising a fine mapping of a major QTL and to identify major candidate genes in its confidence interval. The expression of these genes was compared between two parental lines to relate traits with genes that are differentially expressed. The flowering date of eight lines was measured in growth chambers under two photoperiods: 12 hours and 18 hours of light. The data showed that there was genetic variability for the flowering date among the eight lines, that flowering was earlier under long days that under short days and that there was an interaction between line and photoperiod. On chromosome 7, a major QTL for flowering date was detected in three populations of recombinant lines explaining between 10 and 60% of the variation observed. A meta-analysis on the three populations revealed a consensus QTL with a confidence interval of only 0.9 cM. Fine mapping of this genome region was conducted in a pseudo-F2 population (1663 plants) derived from a heterozygous F6 plant at the QTL from the population LR4. Six genes homologous to flowering genes described in A. thaliana were identified in the confidence interval (2.4 cM) of the QTL detected in the region of fine mapping. Their full-length sequences revealed polymorphism between the two parents : for MtCO homologous to CONSTANS, and for MtFTLc homologous to FT. In contrast, there was no polymorphism observed for two other FT homologues (MtFTLa and MtFTLb) nor PKS. An analysis of the differential expression by semi-quantitative RT-PCR of the six candidate genes was performed in two parental lines contrasting for flowering date. Only MtCO gene was differentially expressed between these two lines. This gene is currently the best candidate to explain the variation of the trait detected at the QTL on chromosome 7 in these populations.
Medicago truncatula

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