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Analyse génétique des réponses physiologiques du tournesol (Helianthus annuus L.) soumis à la sécheresse

Poormohammad Kiani, Seifollah (2007) Analyse génétique des réponses physiologiques du tournesol (Helianthus annuus L.) soumis à la sécheresse. (Genetic analysis of physiological responses to drought in sunflower (Helianthus annuus L.).)

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Prix Léopold Escande 2007 (more)

Abstract

Afin de progresser dans la compréhension des caractères clés impliqués dans les processus de tolérance à la sécheresse chez le tournesol, nous avons réalisé plusieurs expérimentations, en conditions contrôlées et au champ sur des populations de tournesol exprimant diverses sources de variabilité génétique : des lignées recombinantes (RILs) et des mutants. La variabilité génétique pour la tolérance à la sécheresse, à travers l'étude des relations hydriques et de caractères agronomiques, a été étudiée. Dans un premier temps, nous avons construit une carte génétique intégrée et à haute densité en utilisant une population de LIRs issue du croisement entre deux génotypes PAC2×RHA266. Les QTLs contrôlant les caractères associés à l'état hydrique des plantes (teneur en eau relative, potentiel hydrique et ses composantes) et à l'ajustement osmotique (AO) dans des conditions ‘irriguées' et de ‘contraintes hydriques' ont été identifiés. Parmi 24 QTLs détectés dans des conditions irriguées, cinq (environ 21%), ont été également détectés dans la condition contrainte hydrique. Ces QTLs sont considérés comme stables comparativement à ceux spécifiques aux différentes conditions hydriques. Un QTL majeur pour l'AO sur le groupe de liaison 5 est co-localisé avec les QTLs contrôlant plusieurs caractères de l'état hydrique des plantes. Ce QTL pourrait être utilisé pour la sélection assistée par marqueurs. Les LIRs et leurs parents ont été phenotypés en serre et au champ avec deux traitements hydriques (irrigué et sécheresse). Le phénotypage a porté sur des caractères agronomiques (phénologie, surface foliaire à la floraison, hauteur des plantes, sénescence, rendement et…). En utilisant notre carte génétique, les QTLs liés à ces caractères ont été identifiés et leurs colocalisations avec les QTLs contrôlant l'état hydrique des plantes et l'ajustement osmotique ont été analysées. Nous pouvons noter que certains QTLs associés à la tolérance au déficit hydrique sont situés dans les mêmes positions que ceux associés au rendement. Par exemple, le QTL majeur identifié pour l'AO est également détecté pour le rendement par plante, la surface foliaire et le poids du capitule. Ceci indique une base génétique commune pour la tolérance à la sécheresse et les caractères associés au rendement. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés à l'expression de gènes impliqués, d'une part dans la tolérance à la contrainte hydrique, et d'autre part dans les processus limitant les dommages oxydatifs, pour quatre génotypes ayant un comportement contrasté en situation de contrainte hydrique. L'expression des gènes étudiés a été mise en relation avec les caractères physiologiques mesurés concernant l'état hydrique, la photosynthèse et la photochimie étant impliquées dans les processus d'assimilation du carbone pour la croissance. Parmi les principaux résultats, on note une différence notable de l'expression des gènes impliqués dans l'état hydrique des différents génotypes, plus particulièrement de l'aquaporine. L'expression du gène de l'aquaporine est corrélée au caractère hydrique RWC. Pour les processus photochimiques, ce sont principalement les niveaux d'expression des gènes codant pour la superoxide dismutase, la catalase et la peroxidase qui différencient les génotypes soumis à la sécheresse. Les marqueurs moléculaires associés à l'ajustement osmotiques et à différents caractères agronomiques ont été identifiés chez une population de mutants M6. ABSTRACT : Recombinant inbred lines (RILs) coming from the cross "PAC2×RHA266" were used to develop an integrated and high density genetic-linkage map using SSR and AFLP markers. QTLs involved in the genetic control of water status traits (RWC, Yw, Ys, Yt and YsFT) and osmotic adjustment (OA) under well-watered and water-stressed conditions were identified. Among 24 QTLs detected under wellwatered conditions, 5 (about 21%) were also detected in the water-stressed treatment (stable QTLs) and the rests were specific. A major QTL for OA on linkage group 5 is overlapped with the QTLs for several water status traits. In order to understand the response of yield and related agronomic traits to different water treatments and growth conditions, RILs and their parents were phenotyped at greenhouse and fieldcondition with two water treatments. Using our saturated linkage map, the QTLs controlling agronomical traits were identified and their co-location with QTLs for plant water status and osmotic adjustment were investigated. Genotypic variation for water status and gas exchange parameters under different water treatments were studied and the differential expression of four water-stress associated genes were investigated. The expression level of aquaporin genes in leaves of four RILs and their parents was down regulated by water stress and was associated with relative water content (RWC). Down-regulation was also associated with genomic regions having alleles with negative effects on plant water status. Net photosynthesis rate (Pn) and the fructose-1,6 bisphosphatase gene expression levels were associated mainly after rehydration. The genomic regions involved in genetic variability for chlorophyll fluorescence parameters were mapped in RILs and the differential expression of various antioxidant genes were investigated by quantitative real-time RT-PCR in four selected RILs and their parental lines. Significant higher level of POD (66-fold) was observed. The putatively drought-tolerant genotype (C100) showed the highest transcript level for SOD, CAT, PSI P700 and PSII 32 Kda Protein resulting in the maintenance of photosynthesis under water stress. QTL mapping and graphical genotyping showed that the positive or negative alleles of some QTLs such as "NPQD.11.1" and "1-qPD.2.1" could be associated with the transcript abundance of SOD and CAT in the putatively drought-tolerant genotype (C100). Molecular markers associated with osmotic adjustment-related traits as well as with different agronomical traits were identified in well-watered and water-stressed plants for a population of M6 mutant lines.

Department:Laboratoire de Biotechnologie et Amélioration des Plantes - BAP (Castanet-Tolosan, France)
Directeur de thèse:Grieu, Philippe and Sarrafi, Ahmad
Uncontrolled Keywords:Déficit hydrique – QTL – Photosynthèse - Etat hydrique - Ajustement osmotique - Expression de gènes - Tournesol. KEYWORDS : Water stress - QTL mapping, Photosynthesis - Plant water status - Osmotic adjustment – Gene expression - Sunflower
Subjects:Agronomy > Plant sciences
Deposited On:09 July 2007

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