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Modélisation écophysiologique et analyse génétique pour la recherche de génotypes de tournesol adaptés aux basses températures causées par des semis précoces

Allinne, Clémentine (2009) Modélisation écophysiologique et analyse génétique pour la recherche de génotypes de tournesol adaptés aux basses températures causées par des semis précoces. (Ecophysiological modelling and genetical analysis to determine sunflower genotypes adapted to low temperature induced by early sowing.)

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Abstract

Le semis précoce du tournesol, d’un à deux mois par rapport à la période habituelle (Avril dans le sud ouest de la France), a été envisagé pour esquiver les périodes de sécheresses estivales. Cette stratégie conduit à un abaissement des températures de l’ordre de 5 à 10°C durant les premières phases de développement de la culture. L’objectif de ce travail est donc d’identifier des génotypes de tournesol adaptés à des conditions de basses températures en début de cycle, et de fournir des outils pour la sélection de ces nouveaux idéotypes. Dans un premier temps le modèle de culture SUNFLO, développé pour l’analyse des interactions génotype x environnement chez le tournesol, a été utilisé pour identifier par simulation un idéotype pour le semis précoce. Cette étude a révélé que le type variétal valorisant le mieux de semis précoce présente une levée précoce et un cycle tardif. Dans un deuxième temps, la variabilité génétique d’une population de lignées recombinantes de tournesol a été une analysée pour des traits agro-morphologiques et physiologiques caractérisant le développement (vitesse de germination, phénologie) et la croissance à basse température (élongation de l’hypocotyle, production de biomasse, et traits physiologiques impliqués dans la tolérance au froid). L’analyse génétique de ces caractères a permis d’identifier les régions chromosomiques impliquées dans la variation de ces caractères (QTLs) ainsi que les marqueurs moléculaires associés à ces QTLs qui représentent des marqueurs d’intérêts pour la sélection. L’analyse des processus impliqués dans la levée (germination et élongation de l’hypocotyle) montre que la température de base pour l’élongation de l’hypocotyle présente un gain génétique significatif à basse température. Ce trait est sous le contrôle génétique de deux QTLs majeurs dont l’un, qui explique 40% de la variabilité phénotypique observée, est lié au marqueur SSR ORS1128. Le temps thermique du semis à la floraison est un caractère contrôlé par des QTLs spécifiques en conditions de semis précoces, parmi lesquels deux sont colocalisés avec des QTLs identifiés pour des traits relatifs à la levée. L’étude des traits physiologiques impliqués dans la réponse aux basses températures a révélé que le tournesol a un potentiel de sélection pour la tolérance au froid, notamment pour le potentiel osmotique. Le maintien des membranes plasmiques stables à basses températures est également un trait jouant un rôle important dans la tolérance au froid. Un QTL à effet majeur lié au marqueur SSR ORS331_2 a été identifié pour ce trait et pourrait être utilisé pour aider à la sélection de génotypes de tournesol adaptés au froid. ABSTRACT : Early sowing to escape the drought during summer was studied in sunflower. Sowing one or two months earlier leads to reduce about 5 to 10°C during first stages of development compared with traditional sowing (April in south parts of France) in this species. The aim of this study is to identify sunflower genotypes adapted for low temperature and to identify tools for selecting them. Firstly the crop model SUNFLO, Which is developed to analyze “genotype x environment” interactions in sunflower, was used to identify by simulation favorable ideotypes for early sowing. Results show that they have to present early emergence and a late development cycle. Then, several experiments were undertaken to study genetic variability for agro-morphologic and physiologic traits under early sowing in sunflower. A population of 95 recombinant inbred lines and their two parents were used at low temperature in all experiments. Germination rate, hypocotyl elongation, biomass production and some physiological traits for cold tolerance were studied. Genetic analyses were performed and genomic regions (QTLs) involved in the variation of these traits as well as SSR markers associated with them were identified. Analysis of physiological processes related to emergence (germination and hypocotyl elongation) show that the base temperature of hypocotyl elongation presents a significant genetic gain at low temperature. This trait is controlled by two major QTLs and one of them explains 40% of the phenotypic variance and contains the SSR marker ORS1128. The thermal time from sowing to flowering is controlled by specific QTLs in early sowing and two of them are collocated with QTLs detected for emergence related-traits. The study of physiological traits implied with response to low temperature showed that sunflower present a high potential for cold tolerance variability, especially for the osmotic potential. The cell membrane stability at low temperature is also an important trait for cold tolerance. A major QTL associated with the SSR marker ORS331_2 was identified for this trait and should be used to select sunflower cold tolerant genotypes.

Department:Agrosystèmes et développement Territorial - AGIR (Castanet-Tolosan, France)
Directeur de thèse:Grieu, Philippe and Sarrafi, Ahmad
Uncontrolled Keywords:Tournesol - Tolérance froid - Semis précoces - Idéotype - Modélisation – QTL. KEYWORDS : Sunflower - Cold tolerance - Early sowing - Genotype - Crop modeling - QTL
Subjects:Agronomy
Agronomy > Plant sciences
Agronomy > Environment
Deposited On:12 February 2010

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