Genetic architecture of seed yield and its components in winter oilseed rape (Brassica napus L.) grown under limiting nitrogen condition

Abstract

L'augmentation de la production d'huile de colza (Brassica napus L.) pour répondre à la demande alimentaire et industrielle exige d'optimiser le rendement dans un contexte de réduction des intrants, notamment azotés. Les approches de génétique offrent une voie pour répondre à ces enjeux. En effet, la connaissance des régions génomiques (QTLs) et des mécanismes qui contrôlent l'élaboration des composantes du rendement sous contrainte azotée est un prérequis à la création variétale. Dans ce contexte, les questions de recherche posées dans cette thèse sont les suivantes: i) quelle est l'architecture génétique du rendement en huile chez le colza cultivé en bas intrants azotés?, ii) quelles sont les interactions des QTLs avec l'environnement et plus particulièrement avec l'intensité du stress azoté?, et iii) comment la combinaison de données agronomiques, génétiques et génomiques peut-elle contribuer à l'amélioration de caractères d'intérêt chez le colza? Une stratégie de détection de QTLs par analyse de liaison et analyse d'association a été mise en place sur deux populations biparentales et un panel de colzas d'hiver. Ces populations ont été expérimentées sur sept lieux et six années de culture (2009-2014) en condition de nutrition azotée limitante ou suffisante. Pour chaque essai, sept caractères phénotypiques relatifs à l'élaboration du rendement ont été mesurés. Peu d'interactions génotype × azote ont été détectées sur les caractères étudiés et un nombre important de QTLs a été retrouvé dans les deux conditions azotées. A l'inverse, de fortes interactions génotype × environnement ont été mises en évidence pour la majorité des caractères et les QTLs étaient pour la plupart spécifiques d'un lieu de culture. Dix régions génomiques d'importance, stables entre environnement et populations ont ainsi été identifiés et leur organisation structurale dans le génome du colza a été analysée. Le contrôle génétique de la teneur en huile des graines de colza a ensuite été étudié en combinant à la fois les informations de dix études indépendantes, les informations procurées par la récente publication du génome de B. napus et la recherche de variabilité haplotypique dans une région d'intérêt identifiée sur le chromosome A1 dans une population de colzas d'hiver.The increase of rapeseed (Brassica napus L.) oil production to answer the demand for human consumption and industrial applications requires the optimisation of seed yield in a context of reduction of inputs, including the nitrogen fertilization. Genetic approaches are a way to respond to this challenge. Indeed, determining the genomic regions (QTLs) and mechanisms controlling seed yield components under nitrogen limitation is a prerequisite for plant breeding programs. In this context, the scientific questions raised in this thesis are: i) what is the genetic architecture of seed yield components in rapeseed grown under limiting nitrogen condition? ii) how do the QTLs interact with the environment, and especially with the nitrogen stress?, and iii) how the combination of agronomic, genetic and genomic information can lead to the improvement of traits of interest in rapeseed? A strategy of QTL detection by linkage and linkage disequilibrium analyses was set up on two biparental populations and a winter oilseed rape diversity set. Those populations were trialled in seven location and six growing seasons (2009-2014) under low and sufficient nitrogen conditions. For each trial, seven seed yield-related traits were acquired. Few genotype × nitrogen condition interactions were detected and an important number of QTLs were common to the two nitrogen regimes. On the contrary, strong genotype × environment interactions were evidenced for most of the traits under study and the majority of the QTLs were location-specific. Ten critical genomic regions for yield associated traits stable through the environments and populations were identified and their structural organization in the rapeseed genome was investigated. The genetic control of oil content was then studied by combining the information from ten independent reports, the genomic information provided by the recent release of the B. napus genome and the haplotype variations among a winter oilseed rape population within one particular region identified on the A1 chromosome