Sélection assistée par marqueurs pour la validation et le cumul de QTL de résistance
aux principaux stress biotiques et abiotiques chez le pois
M-L. Pilet-Nayel, A. Lesné , A. Moussart , C. Devaux , A-S. Niquet-Bulant , A. Pruvost , B. Carrouée ,
I. Lejeune-Hénaut , A. Baranger , E. Hanocq
UMR IGEPP – Rennes UMR SADV - Mons
Contrat de Branche 2009-2011 - SAMPOIS
Enjeux socio-économiques
Pois protéagineux : culture d’importance économique en France(→ protéines végétales, avantages environnementaux, rotations)
Enjeux et objectifs d’amélioration :
Rendement moyen du pois protéagineux en France (q/ha)
� Améliorer le rendement et sa stabilité, tout en maintenant des teneurs en
protéines élevées dans les graines
� Développer une stratégie "pois d'hiver" → améliorer la tolérance au gel et la
résistance aux maladies (Ascochytose, Aphanomyces euteiches)
Surfaces de pois protéagineux en France (x 1000 ha)
� Améliorer la résistance à la pourriture racinaire due à Aphanomyces euteiches
L'ascochytose du pois due à Mycosphaerella pinodes
La pourriture racinaire du pois due à Aphanomyces euteiches
Symptômes sur feuilles, tiges, gousses et graines surtout sur
pois d’hiver
Nécroses racinaires entraînant des symptômes aériens surtout sur pois de printemps. Pas de fongicide possible!
Principaux facteurs limitant la production du pois protéagineux
Enjeux socio-économiques
Le gel
Dégâts sur pois d’hiver en lien avec le niveau de froid et le risque de désendurcissement : perte de plantes et de rendement
Connaissances acquises en génétique
7 régions génomiques stables (/23 détectées) pour la résistance à A. euteichesPeu de spécificité des QTL/ sources de R, environnements, souches
Ae-Ps3.1 (=QTLIII)
LGIII
5-30%
- Tardiveté
PI180693
552
LGIV
Ae-Ps4.1 (=QTLIV)5-25%
Ae-Ps4.5 (=Aph1)
5-89%
90-207990-2131PI180693
552
90-2079
DSPPI180693
LGVII
Ae-Ps7.6 (=QTLVII)
5-60%
- Tardiveté
IC max= 13-50 cMSouligné : allèles parentaux contribuant à la R, dont en rose, allèles cibles (R² les plus forts)
90-2131
PI180693
552 /Bacc
Puget x 90-2079
DSP x 90-2131
Baccara x PI180693
Baccara x 552
Longueur= Intervalles de confiance du QTLLargeur= stabilité du QTL (prop. à nbre de variables)
Partenaires : GSP, FR;USDA-ARS, Seneca Foods, US
Ae-Ps1.2 (=Aph3)
- folioles
LGI
5-20%Puget/ 2079PI180693
552
af
Ae-Ps2.2 (=QTLII)
6-27%
- Tardiveté- Anthocya.
LGII
90-2079DSP
PI180693
552
A
Ae-Ps5.1 (=Aph2)
LGV
6-38%
+ graines lisses
90-207990-2131
552/Bacc
R
Hamon et al. 2011Hamon et al. 2013
Pop. RILs
Connaissances acquises en génétique
3 régions génomiques stables détectées pour la tolérance au gelet la résistance à l’ascochytose (Population RILs Champagne x Térèse)
Souligné : allèle parental contribuant
à la tolérance /résistance
Lejeune-Hénaut et al. 2008Baranger et al. 2010
91-31-12
94-01-3
Wvf421
TigeStipule
QTL de résistance à l’ascochytose (Cond. Control.)
Souche
QTL de tolérance au gel
(Champ -divers environts)
LG3
WFD3.1= Ae-Ps3.1
WFD3.2
0.19<R2<0.52
0.03<R2<0.09
WFD3.2
0.03<R2<0.09
Champagne
HR
Le
mon0001
mon0102
mon0102
cle0102
mon0203
dij0102
cle0001dij0203
cle0102lus0102
cle0203
dij0001
dij0102
dij0203
col0102
lus0102
R2=4-6%
R2=7-25%
LG5
WFD5.1
0.05<R2<0.12
Champagne
mon0001
mon0102
mon0203
cle0001
cle0102
cle0203
dij0001
dij0102-a
dij0203
col0102
lus0102R2=7-24%
LG6
WFD6.1
0.03<R2<0.14Champagne
mon0001
mon0102
mon0203
cle0001
cle0102
cle0203
dij0001
dij0102
dij0203
col0102
R2=9-12%
Objectifs du programme
• Construire, par Back-cross Assisté par Marqueurs (BAM), des lignées quasi-isogéniques (NILs) ayant introgressé des allèles de tolérance/résistance au gel/M. pinodes et à A. euteiches à un à plusieurs QTL
�Validation de l’effet des QTL dans différents fonds génétiques
�Effet de combinaisons de QTL sur le niveau de R
� Production de matériel végétal d’intérêt pour :• la recherche en vue de caractérisation plus fine des QTL (cartographie fine, mécanismes, mode d’action sur Ae…)
•la sélection (lignées agronomiques comportant des allèles de résistance)
• Acquérir des connaissances et transférer des outils (marqueurs aux QTL, géniteurs) pour la SAM chez le pois chez les sélectionneurs
1- BAM pour la résistance à A. euteiches
552
QTL II+III+VII
RIL 847.50
(DSP*90-2131)
QTL VII+Aph2
RIL BAP8.70
(Baccara*PI180693)
QTL IV+VII
RIL BAP8.195
(Baccara*PI180693)
QTL II+III+Aph3
*
NILs (16 populations)
Cinq schémas parallèles d’introgression simultanée d’allèles de résistance à 1 à 3 QTL dans 3 fonds génétiques
Lignées
Donneuses
Lignées
Receveuses
•Fonds de référencesDSP
ou Puget
ou Baccara
•Fonds élite•Isard (Pois hiver)
•Eden (Pois Printps)
(Enduro*)
XX
F1 X
BC1 X
BC2 X
BC3 X
BC4 X
BC5 X
BC6
BC4
BC4S1
BC4S2
BC5
BC5S1
BC6S1
BC6S2
2011
2009
2008
2010
2012
2013
BC4S3 BC5S2
BC5S3
RIL 831.08
(Puget*90-2079)
QTLAph1
BC4S4
SAM
2 gé
néra
tions
/an
en s
erre
1- BAM pour la résistance à A. euteiches
• Marqueurs SSR (Loridon et al. 2005, Mohamadi et al., in prep)
Stratégie de SAM
Mqs aux QTL utlisés
Mqs au fonds génét. utilisés
• Choix des marqueurs /position :1. Mqs aux QTL (BCx, BCxS1)2. Mqs au FG – LG porteurs QTL (BCx)3. Mqs au FG – LG non porteurs (BCx)
• Taille des populations- 48 à 95 individus / population BCx- 95 à 285 individus / population BCxS1
→ dans chaque pop., sélection combinaisons 0, 1, 2, 3 QTL fixés + mono-QTL hétéroz.
1- BAM pour la résistance à A. euteiches
Résultat : Bilan du matériel NILs produit
Donneur 831.08 847.50 BAP8.195 BAP8.70 552
Receveur Puget Eden Isard DSP Eden Isard Enduro
Bacc-
ara Eden Isard
Bacc-
ara Eden Isard
Bacc-
ara Eden Isard
QTL Aph1 QTLVII + Aph2 QTL II + III + Aph3 QTL IV + VII QTL II + III + VII TOTAL
Nb NILs fixées à:
0 QTL 12 7 12 7 7 4 7 11 5 23 4 2 3 25 2 5 136
1 QTL 11 15 11 9 7 12 9 20 14 97 19 4 11 58 27 7 331
2 QTL 6 3 8 3 7 4 74 4 2 6 30 7 8 162
3 QTL 8 12 19 4 1 44
Nb NILs hétérozygotes à :
1 QTL 19 18 18 23 28 11 27 23 1 4 25 8 26 4 0 6 241
TOTAL 914
Nombre de lignées BC5 et BC6 sélectionnées à l'issue du programme de BAM Aphanomyces
� Deux représentants/type de NIL fixée sélectionnés pour phénotypage
* Quelques combinaisons de QTL non représentées
1- BAM pour la résistance à A. euteiches
Résultat : Niveau de retour au parent receveur
En BC5/6S1: ≥ 95% des mqs du FG testés dans chaque pop de type « Receveur » (en BC4S1: ≥ 85%)
� Fragments donneurs résiduels le plus souvent dans les zones flanquant les QTL
Génotype graphique (logiciel Grafgen, Lavaud 2012)
1- BAM pour la résistance à A. euteiches
Résultat : 1ère évaluation phénotypique des NILs pour la résistance
Echelle de Notations : 0 à 5
INRmoy (Indice de Nécrose Racinaire moyen) obtenue sur 20
plantes
INR
moy
Test Aphanomyces en conditions contrôlées
� Effet des introgressions QTLVII + Aph2 sur le niveau de résistance à A. euteiches
dans le fonds génétique Isard
0
1
2
3
4
5
Isard * 847.50 (BC4S2)
aabab
bc bcc c
2- BAM pour la tolérance au gel / résistance à M. pinodes
SAM QTL2009
BC1
F1
BC2
Production des
Test polymorphismeChoix des parents
2007
SAM QTL
Production des
BC2S1
BC1
2010
2011
2008
BC2
BC2
BC2S1
BC2S2
BC2S3
BC2S4
BC2S5
BC2S2
BC2S3
BC2S4
BC2S5
BC2S1
BC2S2
BC2S3
BC2S4
BC2S5
BC2S6
SAM QTL
SAM QTL
SAM QTL
SAM QTL + fonds génétique
SAM QTL
Production des
Production des
Production des
Production des
Evaluation réseau froid INRA
Production des
BC1
Production des
F1F1
Trois schémas parallèles d’introgression d’allèle de résistance à 1 QTL et de pyramidage de 2 ou 3 QTL dans le fonds génétique Eden
SAM
Eden x 886/01
WFD3.1
Eden x RIL38
WFD6.1
Eden x RIL126
WFD5.1
X
BC2F2
BC2F3
BC2F4
BC2F5 BC2F’2
BC2F1
BC2F3
BC2F4
BC2F’1
BC2F5
BC2F1
BC2F2
BC2F3
BC2F4
BC2F1 BC2F2
X
X
BC2F5X
BC2F6
WFD5.1
+
WFD6.1
WFD3.1
+
WFD6.1
WFD3.1
+
WFD5.1
WFD3.1
+
WFD5.1
+
WFD6.1
2- BAM pour la tolérance au gel / résistance à M. pinodes
• Marqueurs SSR et PCR-spécifique (Loridon et al. 2005)
Stratégie de SAM
• SAM aux marqueurs aux QTL (BC1, BC2, BC2S1, BC2F2)
• Taille des populations- 10 à 28 individus / population BCx/BC2S1
• Contrôle du fonds génétique a posteriori (17 mqs; BC2Sx, BC2Fx) → souvent bon niveau de retour au fonds receveurs sauf sur les LG Porteurs de QTL
• Deux générations par an en serre et/ou au champ en pépinière
AB25E4M3AA175Fri
AA99AA475
AD79Tri
AA163.2
AA200
AD60/AD59AD159
M16.1300/I01.600
Résultat : Bilan du matériel NILs produit
Nombre de lignées BC2 fixées sélectionnées à l'issue du programme de BAM Gel et testées au cours de l’hiver 2011-2012
2- BAM pour la tolérance au gel / résistance à M. pinodes
QTL 1 QTL 2 QTL 3 QTL
WFD3.1 9
WFD5.1 15
WFD6.1 32
WFD3.1+5.1 34
WFD3.1+6.1 12
WFD5.1+6.1 24
TOTAL 126
2- BAM pour la tolérance au gel / résistance à M. pinodes
Résultat : 1ère évaluation phénotypique des NILs pour la résistance au gel
Champ (pépinière), automne 2011, réseau Froid INRA (Mons, Dijon, Theix)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00
Nb
re d
e lig
nées
Classe de notes de tolérance au gel
QTL3
QTL5
QTL35
QTL56
WFD3.1
WFD5.1
WFD3.1+5.1
WFD5.1+6.1
Eden
Effet de combinaisons de QTL sur la tolérance au gel
3- Transfert d’outils pour la SAM chez le pois
Transfert de marqueurs moléculaires
Transfert de géniteurs
• 29 SSR aux 7 QTL de résistance à A. euteiches
13 SSR/PCR spécifique aux 3 QTL de tolérance au gel
� Tests inter-laboratoires � Polymorphisme des marqueurs
sur lignées sélectionneurs et géniteurs Pois hiver
• 43 SSR en dehors des zones à QTL
• Meilleures lignées recombinantes → évaluations multi-locales champ� RILs (Champagne x Térèse) tolérantes au gel� 20 RILs (DSP x 90-2131, Baccara x 552/PI180693) résistantes à Aphanomyces
• Premières NILs� BC2 fixées (/Eden) porteuses d’1 ou 2 QTL « Gel »� BC4 fixées (/Eden, Isard) porteuses de 2 ou 3 QTL « Aphanomyces » (en cours)
Conclusion
� Acquisition de savoir-faire en SAM chez le pois; Validation de marqueurs (SSR) pour tracer les QTL
� Création de matériel génétique (séries de NILs) d’intérêt en recherche et sélection → prometteur pour valider l’effet individuel et cumulé de QTL de tolérance au gel/M. pinodes et de résistance à A. euteiches ;
� Transfert de marqueurs et géniteurs aux sélectionneurs, pour soutenir la création variétale
Perspectives
NILs (1-3 QTL)
Validation effets des QTL:- Evaluation phénotypique- Fingerprint
Mode d’action des QTL sur:- Etapes du cycle- Évolution des
populations d’A. euteichesMécanismes sous-jacents QTL
- Réduction intervalles QTL- Cartographie fine/clonage
Création de nouvelles séries de NILs (nouveaux allèles/QTL)
Combinaisons d’allèles/gènes à intégrer dans les stratégies de gestion durable des résistances/tolérances aux stress multiples chez le pois
-WP2
2013-2019 Pyramidage de QTL (> 3QTL, Gel+ Ae)
Identification-introgression QTL / nouvelles sources