Des locus contenant des gènes qui jouent un rôle important dans les réponses à la sécheresse et aux stress abiotiques chez le lin révélés par plusieurs modèles d'études pangénomiques (GWAS, pour Genome-Wide Association Study)
Citation
Sertse, D., You, F.M., Ravichandran, S., Soto-Cerda, B.J., Duguid, S., Cloutier, S. (2021). Loci harboring genes with important role in drought and related abiotic stress responses in flax revealed by multiple GWAS models. Theoretical and Applied Genetics (TAG), [online] 134(1), 191-212. http://dx.doi.org/10.1007/s00122-020-03691-0
Résumé en langage clair
La sécheresse est un phénomène critique, problématique pour le secteur agricole d’aujourd’hui; un phénomène qui a été mis en évidence avec la situation actuelle et celle anticipée des changements climatiques. Ainsi, la mise au point de variétés adaptées au déficit hydrique devient un important objectif de sélection pour de nombreuses cultures, dont le lin, qui est particulièrement affecté par les conditions d’humidité limitantes. Dans le cadre de cette recherche, nous avons étudié la résistance à la sécheresse au champ de plus de 100 lignées de lin provenant de plus de 20 grands pays producteurs. La collection de lignées a été cultivée à deux endroits pendant trois ans, dans des champs irrigués et non irrigués, et nous avons évalué chaque lignée en fonction de 11 caractères liés à la sécheresse. Parmi les lignées, six présentaient des différences significatives entre les conditions d'irrigation. Nous avons séquencé l’ADN de toutes les lignées et identifié 12 316 marqueurs permettant de différencier les lignées. Des analyses statistiques, regroupées sous le terme général d’« études d’associations pangénomiques », ont permis d'identifier les marqueurs génétiques liés aux caractères de résistance à la sécheresse. En tout, 144 marqueurs d’ADN étaient associés de manière significative à au moins un des caractères. Parmi ceux-ci, 16 expliquaient plus de 15 % de la variation du caractère, ce qui est considéré comme élevé pour un caractère aussi complexe que la résistance à la sécheresse. Comme le génome du lin a déjà été séquencé, nous avons pu étudier les gènes liés aux marqueurs de résistance à la sécheresse. Par exemple, nous avons identifié le gèene WAX INDUCER1 et celui codant la STRESS-ASSOCIATED PROTEIN (SAP) comme des gènes candidats qui pourraient jouer un rôle important dans la résistance à la sécheresse. Enfin, les lignées possédant plusieurs marqueurs positifs se sont révélées plus performantes que les autres en ce qui concerne le rendement grainier, le poids de mille graines et la production de fibres et de biomasse lorsqu’elles étaient cultivées sans irrigation, ce qui laisse supposer qu'elles pourraient être utiles pour améliorer la tolérance à la sécheresse.
Résumé
© 2020, Couronne. Message clé : Nous avons identifié des QTN associés aux caractères et aux indices de tolérance à la sécheresse dans une mini-collection de lin au moyen de plusieurs modèles d'études d'association pangénommique (GWAS, pour Genome-Wide Association Study) et du phénotypage à plusieurs endroits dans des conditions de terrain irriguées et non irriguées. Résumé : La sécheresse est un phénomène critique problématique pour secteur agricole d’aujourd’hui. Les variétés adaptées au déficit hydrique deviennent vitales. Le lin peut être grandement affecté par des conditions d’humidité limitantes, particulièrement au cours des premiers stades du développement et de la reproduction. Dans la présente étude, nous avons évalué une mini-collection de génotypes provenant de plus de 20 grands pays de culture en fonction de 11 caractères liés à la sécheresse dans des champs irrigués et non irrigués pendant 3 ans. L’héritabilité des caractères variait de 44,7 à 86 %. Six des 11 caractères présentaient des différences phénotypiques significatives entre les conditions d'irrigation. Nous avons procédé à une étude d’association pangénomique (GWAS) pour ces six caractères et les indices de stress correspondants, d’après 106 génotypes et 12 316 SNP à l’aide de six modèles multilocus et d’un modèle à locus unique. Les SNP ont ensuite été assignés à 8050 blocs de déséquilibre de liaison auxquels nous avons appliqué une GWAS multi-locus multi-allèle limitée à deux étapes. Au total, 144 nucléotides responsables d'un caractère quantitatif (QTN, pour Quantitative Trait Nucleotides) et 13 blocs de déséquilibre de liaison ont été associés à au moins un caractère ou un indice de stress. Parmi ceux-ci, 16 expliquaient plus de 15 % de la variance génétique. La plupart des locus QTN à effet important comprenaient des gènes qui, selon les prédictions, joueraient un rôle dans les caractères associés. Les gènes intervenant dans les réponses aux stress abiotiques se trouvaient dans les locus associés aux indices de stress. Les gènes du lin Lus10009480 et Lus10030150 qui, selon les prédictions, devraient coder respectivement le WAX INDUCER1 et la STRESS-ASSOCIATED PROTEIN (SAP), sont parmi les principaux candidats détectés. Les obtentions possédant de multiples allèles favorables ont surpassé les autres en termes de rendement grainier, de poids de mille graines et de rapport fibre/biomasse dans des conditions sans irrigation, ce qui laisse supposer leur utilité potentielle pour l’amélioration génétique et la sélection génomique.