Genetic and genomic determinants of response to water deficit in tomato (Solanum lycopersicum) and impact on fruit quality
Déterminants génétiques et génomiques de la réponse au déficit hydrique chez la tomate (Solanum lycopersicum) et impact sur la qualité des fruits
Résumé
Water scarcity will constitute a crucial constraint for agricultural productivity in a near future. High throughput approaches in model species have identified hundreds of genes potentially involved in survival under drought conditions, but very few having beneficial effects on quality and yield in crops plants. Nonetheless, controlled water deficits may improve fleshy fruit quality through weaker dilution and/or accumulation of nutritional compounds. In this context, the first part of the PhD was aimed at deciphering the genetic determinants of the phenotypic response to water deficit in tomato by exploring the genotype by watering regime (G x W) and QTL by watering regime (QTL x W) interactions in two populations. The first population consisted in recombinant inbreed lines (RIL) from a cross between two cultivated accessions and the second was composed of diverse small fruit tomato accessions mostly native from South America. Plants were phenotyped for major plant and fruit quality traits and genotyped for thousands of SNP. Data were analyzed within the linkage and association mapping frameworks allowing the identification of QTLs and putative candidate genes for response to water deficit in tomato. The second part of the PhD had the objective to explore gene regulation in green fruit and leaves of tomato plants stressed by water deficit. For this purpose, RNA-Seq data were collected on the two parental genotypes of the RIL population and their F1 hybrid. Data were analyzed to identify differentially expressed genes and allele specific expression (ASE). Then, the expression of 200 genes was measured in leaves and fruits of the whole RIL population by high throughput microfluidic qPCR. eQTLs and eQTL by watering regime interactions were mapped for those genes using linkage mapping. Colocalisations with the phenotypic QTLs were analyzed. The knowledge produced during this PhD will contribute to a better understanding of the tomato plant interaction with their environment and provide bases for improvement of fruit quality under limited water supply.
A l’échelle du globe, la diminution des ressources en eau est devenue un des principaux facteurs limitants pour les productions agricoles. Jusqu’à présent, les approches génomiques à haut débit conduites chez les espèces modèles ont permis d’identifier des centaines de gènes potentiellement impliqués dans la survie des plantes en conditions de sécheresse, mais très peu ont des effets bénéfiques sur la qualité et le rendement des cultures. Néanmoins, l’application d’un déficit hydrique bien contrôlé peut permettre d’améliorer la qualité des fruits charnus par dilution et/ou accumulation de composés gustatifs majeurs. Dans ce contexte, la première partie du travail de thèse avait pour but de déchiffrer les déterminants génétiques de la réponse au déficit hydrique chez la tomate en explorant les interactions ‘génotype x niveau d’irrigation’ (G x I) et ‘QTL x niveau d’irrigation’ (QTL x I) dans deux populations. La première population consistait en un ensemble de lignées recombinantes (RIL) issues du croisement entre deux accessions cultivées, tandis que la seconde était composée de diverses accessions à petits fruits principalement originaires d'Amérique du Sud. Les plantes ont été phénotypées pour un ensemble de caractères agronomiques (vigueur des plantes et qualité des fruits) et génotypées pour des milliers de SNP. Les données ont été analysées en utilisant les méthodologies de la cartographie de liaison et d'association, permettant l'identification de QTL et gènes candidats putatifs pour la réponse de la tomate au déficit hydrique. La deuxième partie du travail de thèse avait pour objectif d'explorer la régulation des gènes dans les fruits et les feuilles de tomates en condition de déficit hydrique. Dans ce but, des données de séquençage du transcriptome ont été recueillies sur les deux génotypes parentaux de la population RIL et leur hybride F1. Les données ont été analysées pour identifier les gènes et les allèles exprimés de manière différentielle. Puis, l'expression de 200 gènes a été mesurée dans les fruits et les feuilles de l’ensemble des lignées de la population RIL par qPCR micro-fluidique à haut débit. Des eQTL et des interactions ‘eQTL x niveau d’irrigation’ ont été identifiés pour ces gènes par cartographie de liaison. Les colocalisations entre les QTL phénotypiques et les QTL d’expression ont été analysées. Les connaissances produites au cours de cette thèse contribuent à une meilleure compréhension des interactions des plantes de tomate avec leur environnement et fournissent des bases pour l'amélioration de la qualité des fruits en conditions d’irrigation limitée.
Domaines
Biologie végétale
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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