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Thèse Année : 2020

Exploring natural diversity of Medicago truncatula for seedlings hetérotrophic growth depending on nitrate supply and temperature

Exploration de la diversité naturelle de Medicago truncatula pour la croissance hétérotrophe des plantules en fonction de l'apport en nitrate et de la température

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Résumé

Seedling emergence is a critical phase of development for successful crop establishment due to its sensitivity to environmental conditions. In order to adapt to climatic and environmental changing, seedlings are increasingly found in low temperature conditions with low availability of nutrients, especially nitrate. In this context, the heterotrophic growth of seedlings was characterized under various conditions of nitrate supply (presence, absence) and temperature (17 °C, 10 °C) for a core collection of 192 accessions of M. truncatula representative of the natural diversity of this species.The traits related to organ elongation and seed biomass mobilization were determined under the different environmental conditions deriving from two different seed batches. Plasticity indices of the seedling response to the absence of nitrate and to cold were also determined. The genetic determinism of the traits was dissected by Genome-Wide Association Study (GWAS). The absence of nitrate affected seed biomass mobilization and the ratio of radicle/hypocotyl lengths, whatever the temperature and the seed batch. However, the large range of genetic variability across all traits in response to the absence of nitrate revealed different seedling performances within the natural diversity. A principal component analysis (PCA) carried out with plasticity indexes highlighted physiotypes of adaptive behavior to the absence of nitrate at both studied temperatures. In addition, other physiotypes were identified in connection with the explanatory characteristics of heterotrophic growth and the native geoclimatic conditions of the accessions. Finally, GWAS revealed 221 loci associated with most of the traits in the various environmental conditions studied. Likewise, 160 candidate genes were identified near loci controlling 16 traits by data mining, including two clusters of genes encoding sugar transporters and glutathione S-transferases, surrounding loci associated with seedling elongation in response to the absence of nitrate. These results open up various perspectives for better analyzing the genetic basis of the growth adaptation to the absence of nitrate and to the cold in heterotrophy.
La levée des plantules est une phase critique du développement pour la réussite de l'établissement des cultures en raison de sa sensibilité aux conditions environnementales. Pour s'adapter à un contexte climatique et environnemental changeant, les plantules se retrouvent de plus en plus dans des conditions de basses températures avec de faibles disponibilités en éléments nutritifs, en particulier le nitrate. Dans ce contexte, la croissance hétérotrophe des plantules a été caractérisée dans des conditions contrastées d'apport en nitrate (présence, absence) et de température (17 °C, 10 °C) pour une core-collection de 192 accessions de M. truncatula représentative de la diversité naturelle de cette espèce. Les caractères liés à l'allongement des organes et à la mobilisation de la biomasse de la graine ont été déterminés dans les différentes conditions environnementales et pour deux lots de graines différents. Des indices de plasticité de réponse des plantules à l'absence de nitrate et au froid ont également été déterminés. Le déterminisme génétique des caractères a été abordé par GWAS (Genome−Wide Association Study). Quels que soient la température et le lot de graines, l’absence de nitrate affecte la mobilisation de la biomasse des graines et le ratio des longueurs radicule/hypocotyle. Cependant, la large gamme de variabilité génétique de l'ensemble des caractères en réponse à l’absence de nitrate a révélé différentes performances des plantules au sein de la diversité naturelle. Grâce à des analyses en composantes principales (ACP) réalisées avec les indices de plasticité, nous avons identifié des physiotypes de comportements adaptatifs à l’absence de nitrate aux deux températures. Par ailleurs, d'autres physiotypes ont été identifiés en lien avec les caractéristiques explicatives de la croissance hétérotrophe et les conditions géoclimatiques d’origine des accessions. Enfin, l’analyse GWAS a permis d’identifier 221 loci associés à la majorité des caractères dans les diverses conditions environnementales étudiées. De même, 160 gènes candidats ont été identifiés à proximité de loci contrôlant 16 caractères par data mining. Parmi eux se trouvent deux clusters de gènes, l’un codant pour des transporteurs de sucres et l’autre pour des glutathion S-transférases, aux environs des loci associés à l’élongation des plantules en réponse à l’absence de nitrate. Cet ensemble de résultats ouvre différentes pistes pour élucider les bases génétiques de l'adaptation de la croissance hétérotrophe à l'absence de nitrate et au froid.
Fichier non déposé

Dates et versions

tel-03219191 , version 1 (06-05-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03219191 , version 1

Citer

Douae Ben Hdech. Exploration de la diversité naturelle de Medicago truncatula pour la croissance hétérotrophe des plantules en fonction de l'apport en nitrate et de la température. Génétique des plantes. Université d'Angers, 2020. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03219191⟩
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