La diversité génétique intra-variétale chez la vigne (Caractérisation et origines)

Les variétés de vigne (Vitis vinifera L.), ou cépages, sont composées d'un ensemble de clones présentant des caractéristiques ampélographiques homogènes avec des différences mineures. Cette diversité clonale peut avoir pour origine, d'une part, par différents évènements de reproduction sexuée et, d'autre part, une accumulation de mutations somatiques durant les nombreux cycles de propagation végétative.Ce mémoire de thèse présente une étude de la diversité génétique intra-variétale réalisée sur un échantillon de 477 clones du groupe variétal des pinots, provenant de cinq régions viticoles et appartenant à six variétés. Cette analyse, réalisée à 50 loci microsatellites, a montré l'existence de deux groupes de clones présentant des niveaux de similarité génétique distincts. Dans le premier groupe composé de 474 clones, les niveaux de similarité génétique sont très élevés, compris entre 0.97 et 1.00. Un génotype majoritaire est partagé par 45 % des clones appartenant à différentes variétés. Les clones variants de ce génotype se différencient par une variation sur un, deux, voire trois loci. Vingt marqueurs polymorphes ont permis d'identifier 35 génotypes différents. Dans 70 % de ces cas, la variabilité est révélée par des génotypes tri-alléliques et, plus rarement, tétra-alléliques. Ces différents résultats indiquent que les clones de ce premier groupe sont très probablement issus d'un même zygote ancestral (origine monozygotique). Dans le deuxième groupe, trois clones de pinot noir présentent des niveaux de similarité génétique comparable à ceux observés au niveau inter-variétal (0.74 à 0.92). Deux d'entre eux sont très probablement issus de croisements entre un pinot et un apparenté, le troisième de l'autofécondation d'un pinot noir, donc de zygotes différents de celui dont sont issus les clones du premier groupe (origine polyzygotique).Afin de comprendre l'origine des variations tri-alléliques chez une espèce diploïde, nous avons, dans un premier temps, confirmé par séquençage l'appartenance à un même locus des trois allèles observés. Le clone agréé de pinot gris PG52, tri-allélique à deux loci, a ensuite été utilisé pour analyser (i) le mode de transmission des allèles dans une descendance d'autofécondation, (ii) la composition allélique de différents organes de la plante et (iii) la ségrégation de ces allèles dans des plantes issues d'embryogénèse somatique. Nous avons ainsi montré que la présence simultanée de trois allèles résultait d'une structure tissulaire chimérique, dans laquelle les deux couches cellulaires du méristème apical étaient génétiquement différentes. Une telle structure ne peut être maintenue que par multiplication végétative.L'origine monozygotique de la majorité des pinots et l'état chimérique des clones variants nous ont permis de retracer une phylogénie possible des différents évènements mutationnels ayant conduit à la diversité actuelle. Ces résultats représentent les premières bases pour l'identification et la protection des obtentions clonales, le chimérisme apportant de nouvelles perspectives pour l'amélioration de la vigne.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF

Analyse de la variabilité clonale chez la vigne à l’aide de marqueurs moléculaires : l’exemple des pinots

National audienc

Chromosome replacement and deletion lead to clonal polymorphism of berry color in grapevine

Clonal polymorphism mainly results from somatic mutations that occur naturally during plant growth. In grapevine, arrays of clones have been selected within varieties as a valuable source of diversity, among them clones showing berry color polymorphism. To identify mutations responsible for this color polymorphism, we studied a collection of 33 clones of Pinot noir, Pinot gris, and Pinot blanc. Haplotypes of the L2 cell layer of nine clones were resolved by genotyping self-progenies with molecular markers along a 10.07 Mb region of chromosome 2, including the color locus. We demonstrated that at least six haplotypes could account for the loss of anthocyanin biosynthesis. Four of them resulted from the replacement of sections of the ‘colored’ haplotype, sized from 31 kb to 4.4 Mb, by the homologous sections of the ‘white’ haplotype mutated at the color locus. This transfer of information between the two homologous sequences resulted in the partial homozygosity of chromosome 2, associated in one case with a large deletion of 108 kb-long. Moreover, we showed that, in most cases, somatic mutations do not affect the whole plant; instead, they affect only one cell layer, leading to periclinal chimeras associating two genotypes. Analysis of bud sports of Pinot gris support the hypothesis that cell layer rearrangements in the chimera lead to the homogenization of the genotype in the whole plant. Our findings shed new light on the way molecular and cellular mechanisms shape the grapevine genotypes during vegetative propagation, and enable us to propose a scheme of evolutionary mechanism of the Pinot clones

Chimerism and genetic diversity within the cultivar group of pinots

International audienc

An extensive study of the genetic diversity within seven French wine grape variety collections

International audienceThe process of vegetative propagation used to multiply grapevine varieties produces, in most cases, clones genetically identical to the parental plant. Nevertheless, spontaneous somatic mutations can occur in there generative cells that give rise to the clones, leading to consider varieties as populations of clones that conform to a panel of phenotypic traits. Using two sets of nuclear microsatellite markers, the present work aimed at evaluating and comparing the intravarietal genetic diversity within seven wine grape varieties: Cabernet franc, Cabernet Sauvignon, Chenin blanc, Grolleau, Pinot noir, Riesling, Savaging, comprising a total number of 344 accessions of certified clones and introductions preserved in French repositories. Ten accessions resulted in being either self progeny, possible offspring of the expected variety or misclassified varieties. Out of the 334 remaining accessions, 83 displayed genotypes different from the varietal reference, i.e., the microsatellite profile shared by the larger number of accessions. They showed a similarity value ranging from 0.923 to 0.992, and thus were considered as polymorphic monozygotic clones. The fraction of polymorphic clones ranged from 2 to 75% depending on the variety and the set of markers, the widest clonal diversity being observed within the Savaging. Among the 83 polymorphic clones, 29 had unique genotype making them distinguishable; others were classified in 21 groups sharing the same genotype. All microsatellite markers were note qually efficient to show diversity within clone collections and a standard set of five microsatellite markers (VMC3a9, VMC5g7, VVS2, VVMD30, and VVMD 32) relevant to reveal clonal polymorphism is proposed

Genotypes of the clones in studied at the 13 heterozygous loci.

<p>Polymorphism is indicated in bold font.</p><p>Genotypes of the clones in studied at the 13 heterozygous loci.</p

Schematic presentation of the Pinot haplotypes determined by genetic analysis.

<p>Solid grey line corresponds to the ‘white’ haplotype and solid black line to the ‘colored’ haplotype. Dotted lines symbolize deletion or unknown sequences. The boxes represent <i>VvmybA</i> genes: A1: <i>VvmybA1</i> and A2: <i>VvmybA2</i>. The grey triangle indicates the insertion. Positions on chromosome 2 are given en Mb according to the 12X genome sequence.</p

Scheme of evolutionary mechanism of the pinot clones.

<p>The propagation of a mutated cell of the meristem (★ causes the formation of a mericlinal sector, then the complete invasion of a cell layer created a periclinal chimera. Cellular displacement from the L2 to the L1 cell layers (D) and less frequent cellular rearrangements (R) from the L1 to the L2 cell layers lead to the homogenization of the cell layers and to the loss of the chimeric state. PB: Pinot blanc, PG: Pinot gris, PN Pinot noir.</p

Genetic linkage map of the Pinot noir 162 chromosome 2.

<p>Positions of the markers along the chromosome 2 are given in cM and <i>Mb</i> (in italics).</p

Models for pathways proposed to explain the non-canonical ‘white’ haplotypes.

<p>These models are based on the repair of DSBs. After induction of the double-strand break in the acceptor molecule, in that case the ‘colored’ haplotype (solid black line), the ends are processing to yield 3’single-strands tails. Then, the 3’ends invades the double-stranded donor molecule, here the ‘white’ haplotype (solid grey line) and repair synthesis occurs. For the further processing of the intermediate two possible outcomes can be envisaged. For the formation of w188-1: the acceptor molecule is elongating, possibly up to the homology of the second 3’end of the DSB followed by the insertion of a genomic sequence copied from elsewhere into the break. For the formation of w188-2: the acceptor molecule is elongating up to the end of the chromosome using the invading donor sequence as template.</p