Dissertations / Theses on the topic 'Soja – Génétique'

Le soya est une source importante de protéines, d'huile, de glucides, ainsi que d'autres nutriments bénéfiques, tels que des éléments minéraux. Une fonction majeure des protéines dans la nutrition est de fournir des quantités adéquates d'acides aminés. Bien qu’ils soient essentiels pour la santé humaine et la nutrition animale, les acides aminés soufrés que sont la cystéine (Cys) et la méthionine (Met) sont souvent en concentration limitée et le déterminisme génétique de leur teneur dans la graine de soya est mal caractérisé. Un autre facteur non moins important pour la qualité nutritionnelle du soya est sa teneur en éléments minéraux, laquelle affecte les caractéristiques d'utilisation finale des fractions d'huile et de protéines ainsi que la qualité des semences (germination, vigueur des jeunes plantules). Malheureusement, très peu d’attention a été portée sur les variétés canadiennes de soya en ce qui a trait à leur teneur en acides aminés soufrés ainsi qu’en éléments minéraux. L’amélioration génétique est l’une des voies les plus efficientes et économiques pour contribuer à une alimentation saine et nutritive, laquelle apporte au consommateur la quantité de nutriments nécessaires à une bonne santé. Pour que puisse se pratiquer une sélection en faveur d’une qualité nutritionnelle accrue, il faut idéalement identifier les déterminants génétiques de la teneur en divers nutriments et développer des marqueurs facilitant cette sélection. Présentement, les analyses d’association pangénomique (GWAS en anglais) constituent l’approche la plus puissante pour déterminer l’assise génétique d’un caractère. Dans les cas les plus favorables, non seulement ces analyses permettent-elles d’identifier des régions génomiques qui contrôlent en tout ou en partie les caractères étudiés, mais elles peuvent même permettre d’identifier des gènes candidats qui jouent un rôle direct dans ce déterminisme. Dans le cadre de cette thèse, nous avons souhaité déterminer l’assise génétique de composantes clés de la valeur nutritive du soya, soit la teneur en acides aminés soufrés (Cys/Met) et en quatre éléments minéraux majeurs (Ca, K, P et S). Dans les deux cas, des analyses d’association pangénomique ont été réalisées sur une collection de 137 lignées représentatives de la diversité génétique rencontrée au sein du soya canadien à maturité hâtive. Dans le premier volet, les teneurs en Cys et en Met ont été mesurées par spectroscopie proche infrarouge (NIR) sur des graines produites dans cinq environnements au total. Des données génotypiques pour 2,2 M de polymorphismes mononucléotidiques (SNP) ont été exploitées pour réaliser une analyse d’association. Dans une première phase de découverte, nous avons réussi à identifier un total de dix régions génomiques (QTL) en nous appuyons sur les phénotypes rencontrés dans deux environnements. Afin d’assurer la fiabilité ainsi que la reproductibilité de ces QTL, nous avons validé une forte majorité de ces QTL dans trois environnements additionnels. Ces QTL, dont la plupart sont inédits, nous ont permis d’identifier deux gènes candidats fort prometteurs codant pour des protéines impliquées dans la synthèse de la cystéine. Dans le deuxième volet, les teneurs en éléments minéraux ont été mesurées chez les 137 lignées à l’aide d’un spectromètre de fluorescence à rayons X (XRF) sur des grains récoltés dans cinq environnements. Les analyses d’association ont été réalisées avec le même jeu de données génotypiques (2,2 M de SNP) que dans le volet précédant. Huit QTL significativement associés à la teneur en Ca, K, P et S ont été identifiés de manière robuste à l’aide d’au moins deux modèles statistiques différents (sur les trois employés). La reproductibilité de ces QTL dans trois environnements additionnels a fait l’objet d’une seconde analyse pour des fins de validation. Une forte reproductibilité de l’effet de ces régions génomiques sur ces phénotypes a été observée par la validation de sept QTL sur huit. Trois gènes candidats ont été identifié impliqués soit dans le transport ou l’assimilation de ces éléments minéraux. Par rapport aux études précédentes, la forte densité de marqueurs utilisés dans cette étude a contribué à la détection reproductible de plusieurs nouveaux loci associés à la teneur en acides aminés soufrés ou en éléments minéraux. De plus, cela a rendu possible l’identification de gènes candidats prometteurs. Les marqueurs et les gènes identifiés dans cette étude seront utiles pour l'amélioration génétique du soya à travers la sélection génétique assistée par marqueur.
Soybean is an important source of protein, oil, carbohydrates, and other beneficial nutrients, such as minerals. A major function of protein in nutrition is to provide adequate amounts of amino acids. Although essential for human health and animal nutrition, the sulfur amino acids cysteine (Cys) and methionine (Met) are often limiting and the genetic basis underlying their accumulation in soybeans seeds is poorly characterized. Another factor no less important for the nutritional quality of soybeans is its mineral content, which affects the end-use traits of both the oil and protein fractions as well as the quality of seed (germination rate, vigor of seedlings). Unfortunately, very little attention has been paid to Canadian soybean varieties in terms of their content in sulfur amino acids and important minerals in seeds. The enhancement of seed nutrient content via genetic improvement is considered as the most promising and cost-effective approach to contribute to a healthy and nutritious diet, which provides the consumer with the necessary quantity of nutrients for good health. To facilitate breeding for increased nutritional quality, it is necessary to identify the genetic determinants underlying various nutrients and to develop markers allowing this selection. Currently, genome-wide association analysis (GWAS) is the most powerful approach for determining the genetic basis of a trait. In the most favorable cases, not only do these analyses make it possible to identify genomic regions which control all or part of the trait of interest, but they can even make it possible to identify candidate genes which play a direct role in the trait of interest. The goals of this thesis were to determine the genetic basis of key components of the nutritional value of soybeans, namely the seed content in sulfur amino acids (Cys / Met) and four major mineral elements (Ca, K, P and S). In both cases, a GWAS was performed on a collection of 137 lines representative of the genetic diversity encountered in early-maturing Canadian soybeans. In part 1, Cys and Met content were measured using near infrared spectroscopy (NIR) on seed from five environments in total. Genotypic data for 2.2 M single nucleotide polymorphisms (SNPs) were used to perform an association analysis. In an initial discovery phase based on the data from two environments, we were able to identify a total of ten genomic regions (QTL), most of which were identified for the first time. To ensure the reliability and reproducibility of these QTLs, we validated a large majority of these in three additional environments. These QTLs allowed us to identify two candidate genes, both of which code for proteins involved in cysteine synthesis. In part 2, mineral content was measured in seed of the same 137 lines using an X-ray fluorescence spectrometer (XRF) harvested from five environments in total. The association analyses were carried out with the same genotypic data set (2.2 M SNP) as in part 1. Eight QTLs significantly associated with the Ca, K, P and S content were identified by at least two of the three statistical models used. These QTLs were found to be highly reproducible as they influenced the studied traits in three additional environments. Indeed, seven of the eight QTLs were validated in this fashion. For these QTLs regions, we were able to identify thee candidate gene annotated as being involved in the transport or the assimilation of these mineral elements. Compared to previous studies, the high density of markers used in this study has contributed to the reproducible detection of several new loci associated with the content of sulfur amino acids or mineral elements. In addition, it has made it possible to identify promising candidate genes. The markers and genes identified in this study will be useful for the genetic improvement of soybeans through marker-assisted selection.

L'étude de la diversité génétique des Bradyrhizobia symbiotes du soja a un intérêt tant au niveau pratique que théorique. La connaissance de cette diversité est nécessaire afin d'introduire avec discernement de nouvelles souches de Bradyrhizobium dans l'environnement. D'autre part, l'analyse des mécanismes impliqués dans l'origine de la diversité permettra d'estimer les chances d'apparition de nouvelles souches. L'objectif de ce travail était d'examiner la diversité génétique des populations indigènes et/ou naturalisées, de Bradyrhizobium nodulant le soja, isolées de sols argentins et d'analyser la possibilité que le transfert latéral de gènes (spécialement des gènes de nodulation) entre souches de Bradyrhizobium spp introduites et indigènes, génère la diversité des populations naturelles. La diversité génétique de 950 souches isolées des sols argentins, a permis d'identifier 8 génotypes caractéristiques des espèces B. Japonicum et B. Elkanii et de mettre en évidence la présence de souches HRS possédant un nombre important de copies de séquences répétées. La prédominance des souches de B. Elkanii pourrait être due à l'utilisation de ces souches dans les inoculants commerciaux dans les années 80. Par ailleurs, on n'a pas trouvé de relation entre la distribution des différents génotypes et les caractéristiques physico-chimiques des sols. . .

La teneur en proteines de la graine de soja (glycine max. L. Merr. ) constitue un element essentiel de la qualite des produits issus du soja et destines a l'alimentation humaine ou animale. Son amelioration se heurte a la tres forte liaison negative entre sa valeur et le rendement. L'objectif de ce travail consiste a analyser les voies physiologiques et genetiques permettant d'envisager une amelioration parallele de la teneur en proteines et du rendement. Cinq geniteurs, representatifs d'une certaine variabilite pour ces deux parametres, ont ete croises selon un plan diallele complet. L'etude physiologique a mis en evidence des differences genotypiques au niveau du metabolisme azote (fixation symbiotique, remobilisation tardive des molecules azotees), et du metabolisme carbone (photosynthese nette maximale et fonctionnement photochimique), avec des comportements particuliers montrant la possibilite pour la plante d'accumuler par des voies multiples, des teneurs elevees en proteines dans sa graine. Il n'existe pas d'effet heterosis pour la teneur en proteines chez les hybrides f1. L'etude diallele a montre la preponderance des effets additifs pour la teneur en proteines et le rendement dans le cadre de ce materiel vegetal, les parametres de fonctionnement de la plante presentant des determinismes genetiques plus complexes. Des combinaisons genetiques differentes peuvent permettre d'atteindre des teneurs en proteines elevees, les geniteurs x514-95 et provar presentant des proportions differentes de genes dominants et recessifs impliques dans l'expression de la teneur en proteines. Ces resultats confirment l'existence de plusieurs voies physiologiques permettant d'aboutir a de fortes teneurs en proteines. Le controle genetique different de ces voies de synthese permet d'envisager des recombinaisons favorables pouvant etre a la base d'une amelioration de la richesse en proteines de la graine avec une prise en compte parallele de la productivite

Le potentiel de production du soja, eleve a la floraison, est rarement exteriorise en situations agricoles, a cause des pertes par abscission de gousses ou avortement des graines, ce qui confere une grande instabilite du rendement. Notre etude vise a une meilleure comprehension de cette variabilite du rendement des varietes et tente d'explorer leur potentialite de production, lorsqu'elles sont placees dans differentes situations pedoclimatiques et culturales. L'experimentation multi-sites et la simulation de la croissance et de la production du soja ont ete menees simultanement. Le modele utilise, soygro, a la particularite de decrire avec precision l'elaboration des composantes du rendement, en basant le deroulement du cycle sur une echelle phenologique detaillee, et sur les modifications de la repartition des assimilats. Parmi les varietes etudiees, deux modes de fructification apparaissent, qui semblent independants du type de croissance ou du groupe de precocite, mais plutot lies au genome de la plante. Par ailleurs, quelle que soit la variete, le nombre de gousses varie fortement pendant les phases de formation et de grossissement des graines. Le rendement final obtenu depend etroitement des conditions d'alimentation realisee pendant ces phases-cles du developpement reproducteur. A partir des resultats experimentaux, le modele a ete adapte pour les varietes actuellement cultivees, puis pour des varietes issues de la selection recente, necessitant la mise au point d'une methode originale de calibration basee sur les caracteristiques du developpement reproducteur. Enfin, pour evaluer le modele et tenter de definir ses limites d'utilisation, une analyse de sensibilite et une estimation de la qualite predictive ont ete realisees. A l'exception des cas de contraintes hydriques severes, le comportement du modele semble satisfaisant, la production etant simulee avec un ecart moyen de 3,5 q/ha. Ce modele constitue donc un outil de synthese des connaissances physiologiques et agronomiques du fonctionnement de la culture de soja. Il pourrait rendre accessible le choix des interventions en cours de cycle

Dans le cadre de l'optimisation de la gestion de l'eau, on analyse l'interet de la photographie aerienne infrarouge couleurs numerisee pour l'etude du fonctionnement hydrique du peuplement vegetal sur des parcelles de soja (glycine max. (l. ) merr. ) beneficiant de protocoles varies d'irrigation. Les conditions techniques necessaires a l'obtention d'informations spectrales fiables sont d'abord precisees, compte tenu des contraintes liees a l'utilisation de la photographie. On observe ensuite les relations entre les reponses enregistrees sur les photographies numerisees et trois descripteurs du peuplement vegetal: l'indice foliaire, la matiere seche totale et le coefficient d'absorption de l'energie photosynthetiquement active. Puis, l'on cherche a caracteriser l'etat hydrique du peuplement vegetal de facon spatialisee et a differentes dates du cycle cultural. Pour cela, les relations precedentes sont utilisees pour convertir les images numeriques initiales en cartes numeriques d'indice foliaire, de matiere seche totale et d'absorption du rayonnement lumineux dont la fiabilite est testee. Ensuite, la combinaison multidate de ces cartes permet l'analyse spatiale dynamique du fonctionnement agronomique du peuplement vegetal. Est en particulier accessible, la mise en place des composantes du rendement. Enfin, une procedure de modelisation spatialisee de l'evolution de la matiere seche totale en reponse a l'intensification hydrique est mise en uvre sur la base d'un modele de type photosynthetique applique a l'imagerie. Les resultats obtenus permettent l'optimisation de la gestion de l'eau grace a la connaissance en temps quasi-reel de l'etat du peuplement vegetal et a la prise en compte de son anisotropie intra-parcellaire. L'application a l'etude des systemes de culture est envisagee et en particulier l'articulaiton de l'imagerie avec les procedures classiques de modelisation du fonctionnement du peuplement vegetal

La connaissance des milieux d'experimentation est un des prealables indispensables a la comprehension des interactions genotype*milieu. Afin de repondre aux exigences des selectionneurs et pour identifier les periodes de presence et l'intensite des facteurs limitants de chaque milieu, une methode simple de caracterisation des milieux a ete testee. Elle consiste a utiliser les variables de croissance et de developpement de deux genotypes (l'un de type de croissance determine, l'autre indetermine) pour caracteriser a posteriori les conditions environnementales au cours de la culture. Dans un premier temps, les effets de deux intensites (30% et 50% de l'etm) de contraintes hydriques appliquees a differentes periodes du cycle (vegetative, floraison, allongement des gousses, remplissage des graines) ont ete observes en serre sur les deux genotypes. Cette etude a permis d'etablir des relations entre type de stress hydrique et niveau d'expression de differentes variables. La culture de ces genotypes revelateurs en plein champ et la confrontation avec des indicateurs agronomiques du milieu a permis de verifier la reciprocite des relations. A partir de l'observation du parcours d'elaboration des genotypes, il est possible de deduire la periode de presence et l'intensite d'un facteur limitant. Des covariables susceptibles de permettre un diagnostic fiable du milieu ont ete selectionnees. Dans un deuxieme temps, les deux genotypes revelateurs ont ete inclus dans un reseau multilocal et pluriannuel avec 12 varietes. Sur la base de la similitude du parcours d'elaboration du rendement de ces deux genotypes revelateurs, un regroupement des lieux a ete fait. Ce regroupement explique 68% de l'interaction ge. Ce pourcentage est proche de celui obtenu par un algorithme de classification cherchant a minimiser les interactions intra-groupe. Les valeurs des criteres de stabilite genotypiques calculees sur un premier sous-ensemble de milieux sont repetables sur d'autres milieux presentant les memes facteurs limitants. L'introduction, dans un modele de regression factorielle, de covariables mesurees sur les deux genotypes revelateurs, permet de caracteriser chacune des 12 varietes en test, par les valeurs des coefficients de regression et de les regrouper. La structuration ainsi faite permet d'expliquer 90% de l'interaction. Les renseignements apportes par les genotypes revelateurs permettent une interpretation directe de l'adaptation genotypique

Dans le cadre des recherches dont l'objectif est la rationalisation de la selection du soja (glycine max l. Merrill), le but de ce travail est d'anlyser les consequences de l'introduction de geniteurs de type de developpement determine dans une telle strategie. Il est donne une image des connaissances actuelles concernant les differences entre les types de croissance ou de developpement, leurs aptitudes respectives et leur determinisme genetique. A partir de la, une methode de discrimination quantitative des types est elaboree s'appuyant sur l'etude du materiel vegetal fixe constitue par les geniteurs et leurs hybrides f1 ainsi que des varietes temoins. Une approche des performances des hybrides f1 pour le rendement et la qualite de la graine est egalement presentee. Une recherche methodologique aboutit a la mise au point d'un dispositif experimental original pour l'etude des populations en segregation (f2 et f3) en evitant toute competition entre plantes. Un modele de genetique quantitative est applique a ces populations, et discute. De nouvelles hypotheses sur l'heredite du type de developpement sont proposees ainsi que les consequences qui en decoulent sur la strategie de la creation varietale de types determines ou semi-determines

L'utilisation de la graine de soja dans l'alimentation humaine peut etre favorisee par une reduction de la teneur en lipoxygenase. La presente etude a pour objectif d'analyser la variabilite et le determinisme genetique des teneurs en lipoxygenases et en proteines de la graine. L'etude de l'activite lipoxygenase, mesuree par la methode polarographique sur des graines issues de plantes cultivees en conditions controlees, avec une alimentation azotee minerale ou symbiotique, montre une large variabilite genotypique pour les teneurs en lipoxygenases, amplifiee favorablement par la fixation symbiotique de l'azote. Dans ces memes conditions de culture, au cours de la phase de remplissage des graines, l'accumulation des lipoxygenases apparait massive jusqu'au stade de maturite physiologique (r7) et est suivie d'une degradation partielle. Les lipoxygenases joueraient donc un role dans le stockage temporaire de l'azote. Enfin une etude genetique est realisee en conditions naturelles et en pots, au niveau d'un diallele complet entre cinq genotypes, representatifs d'une grande variabilite pour les teneurs en proteines solubles et en lipoxygenases de la graine. Les hybrides f1 montrent un fort effet d'heterosis pour les teneurs en proteines solubles, en lipoxygenase 1 et en lipoxygenases totales. Pour ces dernieres, les hybrides montrent un fort comportement homeostatique avec des teneurs plus faibles que celles des parents. En revanche, pour les teneurs en proteines solubles, une superdominance positive ainsi qu'une plus grande sensibilite aux variations environnementales sont mises en evidence. Le determinisme genetique de l'expression de la teneur en proteines solubles et des teneurs en lipoxygenases apparait complexe. Celui-ci est lie a des effets, additifs, non-additifs et reciproques significatifs. Ainsi, la reduction des teneurs en lipoxygenases et l'amelioration des teneurs en proteines peuvent etre envisagees sur une base genetique impliquant les genomes nucleaire et cytoplasmique, avec une composante associee a la fixation symbiotique de l'azote

La pourriture phytophthoréenne causée par Phytophthora sojae est une des principales maladies affectant la culture du soya au Canada. Les moyens de lutte actuellement utilisés sont le traitement des semences à l’aide de fongicides et l’utilisation de cultivars possédant une résistance partielle multigénique ou un gène majeur de résistance (Rps). Dans ce contexte, les semenciers souhaitent pouvoir caractériser leurs lignées quant à leur niveau de résistance/susceptibilité face aux différentes races de P. sojae. Ce projet avait ainsi pour objectif d'exploiter une méthode d'inoculation permettant de discriminer de façon claire, rapide et reproductible, la réponse des lignées à P. sojae en lien avec la virulence des races. Nos résultats ont démontré qu'une infection par zoospores dans un système de culture hydroponique présentait plusieurs avantages par rapport à d’autres techniques d’inoculation utilisées. Cette méthode permet non seulement d’identifier les cultivars porteurs de gènes de résistance Rps, mais aussi potentiellement de mettre en évidence les cultivars à résistance racinaire.

Etude de la derive genetique eventuelle de bradyrhizobium japonicum apres inoculation dans le sol de souches depuis 8, 10 et 13 ans. Les organismes sont reisoles par piegeage par la plante et les 122 isolats obtenus sont compares avec les populations parentales a l'aide de caracteres phenotypiques et genetiques

La sclérotiniose est une maladie importante du soja en Amérique du Nord. La résistance génétique à cette maladie est un moyen efficace et économique pour combattre cette maladie. Dans le but de mieux comprendre le contrôle génétique de la résistance, nous avons d’abord mis au point deux outils de recherche : i) une méthode permettant de bien caractériser des lignées de soja en matière de résistance à la sclérotiniose et ; ii) une approche de génotypage permettant d’obtenir de l’information sur des milliers de marqueurs en simultanée. Nous avons utilisé ces outils pour identifier les régions génomiques responsables de la résistance à la sclérotiniose par : i) une approche QTL biparentale et ii) une approche par analyse d’associations. Dans un premier temps, nous avons mis au point et validé une méthode d’inoculation artificielle fiable et reproductible pour mesurer la résistance à la sclérotiniose. Posteriorement, nous avons développé une approche de génotypage par séquençage (GBS) permettant de caractériser rapidement et efficacement un grand nombre de marqueurs SNP chez le soja. Dans ce volet, un protocole de préparation de librairies génomiques GBS a été mis au point de même qu’un pipeline d'analyse bio-informatique pour l’appel des SNP. Finalement, des analyses de cartographie génétique ont été réalisées sur deux populations pour identifier les régions génomiques conférant une résistance à la sclérotiniose. Dans un premier travail, 141 lignées F6 issues du croisement entre les cultivars Majesta et Hikmok Sorip a été caractérisée pour la résistance à la maladie. À l’aide d’une carte génétique comptant 515 marqueurs SNP obtenus par GBS, nous avons identifié une région sur le chromosome Gm07 contribuant à la résistance observée chez le cultivar Majesta. Dans un second travail, 101 lignées de soja non apparentées ont été caractérisées pour leur résistance à la maladie et leur génotype a été déterminé pour 8397 marqueurs SNP obtenus par GBS. L’analyse d’associations a permis d’identifier trois régions chromosomiques fortement associées à la résistance à la maladie. Ces résultats faciliteront l’identification de lignées exotiques chez lesquelles la résistance s’appuie vraisemblablement sur des gènes différents afin de les introduire au sein du germoplasme canadien.
White mold is an important disease of soybean in North America. Genetic resistance to this disease is a cost-effective way to control this disease. In order to better understand the genetic control of resistance, we first developed two research tools: i) a method to characterize soybean lines in terms of their resistance to white mold; and ii) a genotyping approach for obtaining information on hundreds or thousands of markers simultaneously. In a second phase, we used these new tools to identify the genomic regions responsible for resistance to white mold via two approaches: i) a "traditional" biparental QTL mapping approach and ii) an association mapping approach. At first, we developed and validated a reliable and reproducible method for artificial inoculation to measure resistance to white mold. Then, we developed a genotyping by sequencing (GBS) approach to quickly and efficiently characterize a large number of SNP markers in soybean. As part of this work, a protocol for preparing GBS genomic libraries has been developed as well as a pipeline of bioinformatics analysis to call SNPs. Finally, genetic mapping analysis was performed on two populations to identify genomic regions conferring resistance to white mold. In the first case, a population of 141 F6 lines from a cross between the cultivars Majesta and Hikmok Sorip was characterized for resistance to the disease. By using a dense genetic map counting 515 SNP markers obtained by GBS, we have identified a region on chromosome Gm07 contributing to the resistance observed in the cultivar Majesta. In the second case, 101 unrelated soybean lines were characterized for their resistance to disease and were genotyped with 8,397 SNP markers obtained by GBS. The mapping association analysis identified three chromosomal regions strongly associated with disease resistance. The strongest association was found on chromosome Gm03, while regions on chromosomes Gm08 and Gm20 also showed significant associations. These results will facilitate the identification of exotic lines in which resistance is likely based on different genes to be introduced in the Canadian germplasm.

L'utilisation du soja dans l'alimentation animale, et surtout humaine, implique une amélioration de la qualité de la graine. Celle-ci est abordée sous l'angle de la teneur en protéines et en lipoxygénase des graines, et des voies métaboliques impliquées dans ces caractères. L'étude de l'amélioration conjointe du rendement et des taux de protéines, paramètres généralement antagonistes, est envisagée à partir de la descendance d'un croisement entre deux variétés riches en protéines. Ce choix résulte de l'analyse d'un diallèle qui avait montré que ce croisement pouvait présenter des recombinaisons génétiques favorables. L'analyse génétique de la descendance, composée de 111 individus, a mis en évidence une large variabilité pour l'ensemble des paramètres mesurés. Un gain génétique important est possible. Des génotypes conciliant des combinaisons favorables de ces divers caractères ont pu être identifiés. Le rôle majeur de la symbiose dans l'élaboration de la productivité et des teneurs en protéines a été également confirmé. Des capacités fixatrices élevées au stade R5 favorisent les forts taux de protéines. Le rendement en graines est plus directement associé à l'assimilation de l'azote minéral en début de cycle, et à une fixation symbiotique de l'azote efficiente en fin de cycle reproducteur. La stabilité, des teneurs en protéines et de la productivité, est obtenue, quelle que soit la source azotée disponible, pour les génotypes à fort pourcentage en protéines et à capacité fixatrice élevée. De tels marqueurs peuvent être utilisés comme de nouveaux critères de sélection.

Le séquençage de nouvelle génération (NGS) a révolutionné la recherche chez les plantes et les animaux de plusieurs façons, y compris via le développement de nouvelles méthodes de génotypage à haut débit pour accélérer considérablement l'étude de la composition des génomes et de leurs fonctions. Dans le cadre du projet SoyaGen, financé par Génome Canada, nous cherchons à mieux comprendre la diversité génétique et l'architecture sous-jacente régissant les principaux caractères agronomiques chez le soja. Le soja est la plus importante culture oléagineuse au monde en termes économiques. Dans cette étude, nous avons cherché à exploiter les technologies NGS afin de contribuer à l'élucidation des caractéristiques génomiques du soja. Pour ce faire, trois axes de recherche ont formé le cœur de cette thèse : 1) le génotypage pan-génomique à faible coût, 2) la caractérisation exhaustive des variants génétiques par reséquençage complet et 3) l’identification de mutations à fort impact fonctionnel sur la base d’une forte sélection au sein des lignées élites. Un premier défi en analyse génétique ou génomique est de rendre possible une caractérisation rapide et peu coûteuse d’un grand nombre de lignées à un très grand nombre de marqueurs répartis sur tout le génome. Le génotypage par séquençage (GBS) permet d'effectuer simultanément l’identification et le génotypage de plusieurs milliers de SNP à l'échelle du génome. Un des grands défis en analyse GBS est d’extraire, d’une montagne de données issues du séquençage, un grand catalogue de SNP de haute qualité et de minimiser l’impact des données manquantes. Dans une première étape, nous avons grandement amélioré le GBS en développant un nouveau pipeline d’analyse bio-informatique, Fast-GBS, conçu pour produire un appel de génotypes plus précis et plus rapide que les outils existants. De plus, nous avons optimisé des outils permettant d’effectuer l'imputation des données manquantes. Ainsi, nous avons pu obtenir un catalogue de 60K marqueurs SNP au sein d’une collection de 301 accessions qui se voulait représentative de la diversité du soja au Canada. Dans un second temps, toutes les données manquantes (~50%) ont été imputées avec un très grand degré d’exactitude (98 %). Cette caractérisation génétique a été réalisée pour un coût modique, soit moins de 15$ par lignée. Deuxièmement, pour caractériser de manière exhaustive les variations nucléotidiques et structurelles (SNV et SV, respectivement) dans le génome du soja, nous avons séquencé le génome entier de 102 accessions de soja au Canada. Nous avons identifié près de 5M de variants nucléotidiques (SNP, MNP et Indels) avec un haut niveau d’exactitude (98,6 %). Ensuite, en utilisant une combinaison de trois approches différentes, nous avons détecté ~92K SV (délétions, insertions, inversions, duplications, CNV et translocations) et estimé que plus de 90 % étaient exacts. C'est la première fois qu'une description complète de la diversité des haplotypes SNP et du SV a été réalisée chez une espèce cultivée. Enfin, nous avons mis au point une approche analytique systématique pour faciliter grandement l’identification de gènes dont des allèles ont fait l’objet d’une très forte sélection au cours de la domestication et de la sélection. Cette approche repose sur deux progrès récents en génomique : 1) le séquençage de génomes entiers et 2) la prédiction des mutations entraînant une perte de fonction (LOF pour « loss of function »). En utilisant cette approche, nous avons identifié 130 gènes candidats liés à la domestication ou à la sélection chez le soja. Ce catalogue contient tous les gènes de domestication précédemment caractérisés chez le soja, ainsi que certains orthologues chez d'autres espèces cultivées. Cette liste de gènes fournit de nombreuses pistes d’investigation pour des études visant à mieux comprendre les gènes qui contribuent fortement à façonner le soja cultivé. Cette thèse permet ultimement une meilleure compréhension des caractéristiques génomiques du soja. En outre, elle fournit plusieurs outils et références génomiques qui pourraient facilement être utilisés dans de futures recherches en génomique chez le soja de même que chez d’autres espèces.
Next-generation sequencing (NGS) has revolutionized plants and animals research in many ways, including the development of new high-throughput genotyping methods to accelerate considerably the composition of genomes and their functions. As part of the SoyaGen project, funded by Genome Canada, we are seeking to better understand the genetic diversity and underlying architecture governing major agronomic traits in soybeans. Soybean is the world's largest oilseed crop in economic terms. In this study, we sought to exploit NGS technologies to help elucidate the genomic characteristics of soybeans. To this end, three main research topics have formed the core of this thesis: 1) low-cost genome-wide genotyping, 2) exhaustive characterization of genetic variants by whole-genome resequencing, and 3) identification of mutations with high functional impact on the basis of a strong selection within the elite lines. A first challenge in genetic or genomic analysis is to make possible a rapid and inexpensive characterization of a large number of lines with a very large number of markers distributed throughout the genome. Genotyping-by-sequencing (GBS) allows simultaneous identification and genotyping of several thousand SNPs on a genome-wide scale. One of the major challenges in GBS analysis is to extract a large catalog of high quality SNP from a mountain of sequencing data and minimize the impact of missing data. As a first step, we have greatly improved the GBS by developing a new bio-informatics analysis pipeline, Fast-GBS, designed to produce a more accurate and faster call of genotypes than existing tools. In addition, we have optimized tools for imputing missing data. For example, we were able to obtain a catalog of 60K SNP markers from a collection of 301 accessions that were representative of soybean diversity in Canada. Second, all missing data (~ 50%) were imputed with a very high degree of accuracy (98%). This genetic characterization was performed at a low cost, less than $ 15 per line. Second, to fully characterize the nucleotide and structural variations (SNV and SV, respectively) in the soybean genome, we sequenced the whole genome of 102 Canadian soybean accessions. We have identified nearly 5M of nucleotide variants (SNP, MNP and Indels) with a high level of accuracy (98.6%). Then, using a combination of three different approaches, we detected ~ 92K SV (deletions, insertions, inversions, duplications, CNVs and translocations) and estimated that more than 90% were accurate. This is the first time that a complete description of the diversity of SNP and SV haplotypes has been carried out in a cultivated species. Finally, we have developed a systematic analytical approach to greatly facilitate the identification of genes whose alleles have undergone a very strong selection during domestication and selection. This approach is based on two recent advances in genomics: (1) whole-genome sequencing and (2) predicting mutations resulting in loss of function (LOF). Using this approach, we identified 130 candidate genes related to domestication or selection in soybean. This catalogue contains all of the previously well-characterized domestication genes in soybean, as well as some orthologues from other domesticated crop species. This list of genes provides many avenues of investigation for studies aimed at better understanding the genes that contribute strongly to shaping cultivated soybeans. This thesis ultimately leads to a better understanding of the genomic characteristics of soybeans. In addition, it provides several tools and genomic resources that could easily be used in future genomic research in soybeans as well as in other species.

La culture du soja (Glycine max (L.) Merr.) a connu une forte expansion au Canada surtout grâce au développement de lignées à maturité hâtive facilitant sa culture plus au nord. En parallèle le nématode à kyste du soja (NKS ; Heterodera glycines Ichinohe), parasite du soja, est devenu le premier ravageur du soja mondialement et il s’installe progressivement au Canada. L’utilisation de cultivars résistants demeure le moyen le plus efficace pour réduire les pertes associées au NKS. Cependant une seule source de résistance a été largement exploitée en Amérique, soit l’accession PI 88788. Son utilisation intensive a exercé une forte pression de sélection sur le NKS pouvant maintenant surmonter cette résistance presque partout aux États-Unis. De plus PI 88788 présente une maturité très tardive la rendant mal adaptée aux régions canadiennes. Cette étude visait à déterminer les régions génomiques conférant la résistance au NKS chez la variété de soja Suzuhime (PI 494182) laquelle affiche une grande résistance au NKS et la maturité la plus hâtive parmi les accessions résistantes. Pour ce faire 149 lignées issues d’un croisement entre la variété Costaud (haut rendement, maturité hâtive, mais sensible au NKS) et Suzuhime ont été génotypées et évaluées pour leur résistance au NKS permettant de réaliser une analyse QTL (« quantitive trait loci ») et ainsi identifier les locus de résistance. Ces lignées ont aussi été évaluées pour certains caractères agronomiques dans le but de déterminer l’impact de la sélection des allèles de résistance sur les performances agronomiques. Finalement, grâce au reséquençage de PI 494182 et Costaud, nous avons identifié les allèles en présence pour certains gènes de résistance connus. Ce travail permettra d’identifier des marqueurs génétiques de résistance au NKS et ainsi faciliter le développement de cultivars combinant maturité hâtive, rendement élevé et résistance au NKS.

On estime les composantes de la variance dans un modele mixte par la methode du maximum de vraisemblance. On utilise comme index le meilleur predicteur lineaire sans biais. Le critere de qualite propose est un estimateur sans biais du risque quadratique n'exigeant pas d'hypotheses fortes. Dans le cadre du schema de selection classique applique au soja, on etudie par simulation une situation proche de celle rencontree aux generations f6 et suivantes. A partir des descendances de 3 croisements, le critere permet de mettre en evidence les meilleures indices de selection precoce sur plante f5 pour 2 caracteres: rendement, precocite

Le froid limite l'extension de certaines cultures telles que le soja. Afin de mieux comprendre les mecanismes de la tolerance au froid, chez le soja, nous nous sommes interesses aux modifications de la synthese proteique sous l'effet des basses temperatures. La synthese proteique a ete comparee sur deux varietes differemment sensibles au froid. Elle revele une modulation commune aux deux varietes mais plus prononcee chez la variete la plus tolerante. Apres acclimatation au froid, une serie de polypeptides ont ete caracterises en correlation avec la tolerance aux basses temperatures. L'un d'entre eux a pu etre identifie comme appartenant a la famille des hsp 70. Les proteines de type chaperon pourraient etre impliquees dans les mecanismes de tolerance au froid. Les proteines membranaires du plasmalemme et du tonoplaste ont ete etudiees en relation avec un abaissement de temperature. Des differences importantes sont observees dans la synthese des proteines du plasmalemme apres passage au froid. Ce resultat confirme le role primordial des membranes pour l'adaptation aux basses temperatures. La mise en jeu de techniques fines d'analyse permet de reveler des polypeptides dont la synthese est correlee avec une meilleure tolerance au froid. La caracterisation de ces polypeptides pourrait ouvrir la voie a des strategies nouvelles d'amelioration du soja

La pourriture à sclérotes (Sclerotinia sclerotiorum) est l’une des maladies les plus importantes du soja qui cause des dégâts considérables au Canada en absence de lignées complètement résistantes. Grâce à la sélection génomique, il est possible de développer des lignées et cultivars dotés d’une résistance accrue à cet ascomycète. Mais avant tout, il est nécessaire d’identifier les régions génomiques responsables de la résistance, pour orienter les choix des sélectionneurs en ce qui a trait aux parents à employer pour les croisements, de même que pour pratiquer une sélection accélérée à l’aide de marqueurs moléculaires. Dans la présente étude, nous avons réalisé une étude d’association pangénomique (ou GWAS, de l’anglais Genome-Wide Association Study) pour identifier des locus de caractère quantitatif (QTL) contribuant à la résistance partielle rencontrée chez le matériel canadien. Nous avons génotypé 127 lignées, évaluées précédemment pour la résistance à la pourriture à sclérotes, avec près de 1,5M de marqueurs SNP de haute qualité. Ce catalogue offre une couverture exhaustive du génome et l’opportunité d’explorer des régions qui n’avaient pas bénéficié d’une couverture complète en marqueurs lors d’études précédentes. Cette analyse a permis d’identifier un nouveau QTL sur le chromosome 1 Gm01 où l’allèle de résistance entraîne une réduction de la longueur des lésions sur la tige de 29 mm. Pour valider ce QTL, les descendants issus d’un croisement biparental entre deux lignées contrastées pour ce marqueur ont été génotypés puis évalués pour la résistance. Les résultats montrent que les individus porteurs de l’allèle de résistance à ce QTL ont développé des lésions 43 mm plus courtes, soit une réduction de 48 % par rapport aux descendants porteurs de l’allèle de sensibilité. Ces résultats suggèrent que ce QTL constitue un candidat prometteur pour développer des lignées de soja affichant une plus grande résistance à la pourriture à sclérotes.
Sclerotinia stem rot (SSR) (Sclerotinia sclerotiorum) is one of the most important soybean diseases causing considerable damage in Canada in the absence of fully resistant lines. Thanks to genomic selection, it is possible to develop lines with increased resistance to this ascomycota. But first, it is necessary to identify the genomic regions responsible for resistance, to guide breeders' choices regarding parents to be used for crosses, as well as to inform selection with the help of molecular markers. In this study, we conducted a genome-wide association study (GWAS) to identify quantitative trait loci (QTL) of partial resistance in Canadian material. We genotyped 127 lines, previously evaluated for SSR resistance, with close to 1.5M high-quality SNPs. This catalog offers extensive genome coverage and the opportunity to explore areas that were incompletely covered in previous studies. This analysis identified a new QTL on chromosome 1 Gm 01 where the resistant allele reduced lesion length on the stem by 29 mm. To validate this QTL, the descendants of a cross between two lines carrying contrasted alleles for Gm01 were genotyped and then evaluated for resistance. The results show that individuals carrying the resistance allele developed lesions that were 43 mm shorter, a reduction of 48% compared to those bearing the sensitivity allele. These results suggest that this QTL is a promising candidate for developing soybean lines with enhanced resistance to SSR.

Les cartes génétiques dérivées de l’étude d’une seule population de cartographie souffrent typiquement de plusieurs lacunes dont une couverture incomplète du génome et une résolution limitée. Une carte génétique consensus est une carte issue de la fusion de multiples cartes génétiques individuelles et permet de remédier à ces lacunes. Cette étude avait pour objectif de construire une carte génétique consensus à haute densité pour le soja (Glycine max (L.) Merr.) canadien au moyen de marqueurs obtenus par génotypage par séquençage (GBS). Six populations biparentales, dont l’effectif variait entre 278 et 365 lignées, ont été génotypées par GBS. Dans un premier temps, nous avons généré une carte génétique pour chaque population. Les tailles de ces cartes variaient entre 1869,3 cM et 2286,7 cM. Au total, quatre-vingt-trois (83) intervalles non-couverts ayant une taille > 10 cM (le maximum étant de 34,8 cM) ont été recensés. Ensuite, les six (6) cartes génétiques individuelles ont été fusionnées pour produire une carte consensus couvrant 99,5 % du génome, totalisant 16 311 SNP, s’étendant sur 2075,2 cM et comptant seulement deux intervalles dépourvus de marqueurs dont la taille excédait 10 cM. Cette carte consensus a ainsi pu remédier aux carences des cartes individuelles. Elle est considérée de meilleure qualité comparée aux cartes consensus précédentes, y compris la plus récente issue de 40 populations NAM (Nested Association Mapping ). En effet, cette dernière recèle encore 36 intervalles non couverts de > 10 cM et couvre une moins grande portion du génome. Finalement, la carte consensus GBS présente une meilleure cohérence entre la position physique et la position génétique des marqueurs. Grâce à cette carte consensus, nous avons pour chaque marqueur SNP dérivé du GBS une position à la fois sur la carte physique et sur la carte génétique, une information utile pour de nombreuses analyses génétiques et génomiques.
Genetic linkage maps using only one mapping population are described as maps with low resolution. These maps typically retain gaps, i.e. regions that are not covered by any markers. Consensus genetic maps were developed to overcome such limitations. They are generated by merging individual maps and using the common markers as reference points. The aim of this study was to generate a high-density consensus map for Canadian soybean using markers generated by genotyping by sequencing (GBS). Six mapping populations of varying size (n = 278 to 365) were genotyped using GBS. In a first step, we generated individual genetic maps. The size of the resulting maps varied between 1869.3 cM and 2286.7 cM and a total of 83 gaps with a size > 10 cM (the largest gap size was 34.8 cM) were observed across the six maps. In a second stage, we merged the six individual genetic maps to generate a single consensus map. On this map, 16,311 SNPs were assigned a position and these markers covered 99.5% of the genome. The map extends over 2075.2 cM and the number of gaps > 10 cM was reduced to only two. This map therefore overcame the limitations of the individual genetic maps and is superior to the previous consensus genetic maps such as the consensus genetic map generated from 40 nested association mapping (NAM) populations. The NAM map contains 36 gaps with a size > 10 cM and covers a smaller portion of the genome. In addition, the order of markers was much more concordant in the GBS map, when comparing the genetic and the physical positions. Thanks to this consensus map, we were able to assign both a physical and a genetic position for every SNP generated using GBS. These two types of information are important for many genetic and genomic studies.

Le soya est une légumineuse ayant la capacité d’établir une symbiose fixatrice d’azote avec des rhizobiums. En Afrique, des lignées adaptées aux conditions locales ont été créées; plusieurs de ces lignées possèdent le caractère dit de « promiscuité », qui leur permet de s’associer avec les rhizobiums du niébé qui sont présents dans de nombreux sols. La présente étude a évalué l’efficacité symbiotique de 297 lignées africaines de soya possédant des niveaux divers de promiscuité. Ces lignées ont été cultivées en serre en présence de B. japonicum ou de fertilisation azotée, puis caractérisées et rangées en quatre groupes. Deux groupes se sont démarqués; le groupe 4 a été formé de 18 lignées exceptionnellement performantes pour la croissance et la nodulation, tandis que les 89 lignées du groupe 2 étaient elles aussi relativement performantes. Les lignées des groupes 3 (52 lignées) et 1 (113 lignées) sont les moins performantes pour la croissance et la nodulation, et leurs nodules contribuent peu à la productivité de la biomasse aérienne.

La recherche francaise en matiere de soja est orientee vers la creation d'un materiel genetique original mieux adapte aux conditions pedo-climatiques du pays et qui repose sur un elargissement de la variabilite genetique. Cette variabilite genetique peut etre apportee par les methodes actuelles de culture de tissus, de transfert de genes, ou d'hybridation somatique, qui necessitent la maitrise de la regeneration de plantes a partir de tissus et a partir de protoplastes. L'embryogenese somatique est la voie de regeneration retenue dans ce travail. Les cotyledons preleves a un stade donne (4 1mm) sur des embryons immatures representent le meilleur materiel de depart. Differents protocoles faisant intervenir des concentrations variables en auxines ont permis d'obtenir des embryons somatiques. L'acide naphtalene acetique permet la formation d'embryons en nombre reduit mais conformes. L'emploi de 2,4-d entraine a faible concentration la formation de nombreux embryons anormaux et a concentration elevee, des embryons bloques dans leur developpement. Une etape de maturation des embryons doit suivre l'etape d'induction. Cependant le protocole retenu n'assure pas la maturite physiologique des embryons et leur germination est aleatoire. Ces etapes de maturation et de germination sont discutees afin de mettre a jour les causes probables de cette inhibition. Toutefois, des plantules ont ete obtenues chez differentes varietes. La regeneration d'une plante jusqu'au stade fertile a ete obtenue a partir d'explants preleves sur des plantes meres carencees en azote, soulevant l'idee que la quantite et la forme de l'azote apportees a la plante mere conditionnent l'etat physiologique des organes et joue un role sur les differentes etapes de l'embryogenese somatique, de la formation de l'embryon jusqu'a son developpement en plante adulte. Les cotyledons d'embryons immatures etant competents a la regeneration, des protoplastes ont ete isoles a partir de ces organes dans des conditions de digestion optimisees. Ces protoplastes subissent differentes influences qui conditionnent leur evolution; en particulier les conditions de culture des plantes meres representent un element determinant dans leur capacite a la division. Immobilises dans une matrice d'agarose, on note une forte stimulation de la division qui concerne 70 % des protoplastes. Il en resulte des structures asymetriques pouvant rappeler les premieres divisions du zygote puis un stade embryonnaire precoce du type tete-suspenseur. Ces structures, comparables a celles obtenues chez d'autres especes, n'ont jamais ete decrites chez le soja. Leur blocage ulterieur necessite des recherches de conditions hormonales et environnementales qui leur permettent de poursuivre leur developpement

La graine de soja contient de grandes quantités d'isoflavones (génistéine, daidzéine et glycitéine). En raison de leurs propriétés phytoestrogéniques, ces composés peuvent avoir des effets bénéfiques sur la santé humaine, mais ils peuvent aussi être perçus comme perturbateurs endocriniens, en particulier dans les laits pour nourrissons. La teneur et la composition en isoflavones de la graine diffèrent selon la fraction considérée. Les cotylédons contiennent de la génistéine et de la daidzéine, tandis que les germes, avec une teneur quatre à dix fois supérieure, contiennent majoritairement de la daidzéine et de la glycitéine. Le génotype influence fortement la teneur en isoflavones totales. Le déterminisme du pourcentage des isoflavones est essentiellement génétique. Ce travail porte sur l'étude du déterminisme génétique à l'origine des variations de teneurs et de compositions en isoflavones dans les germes et les cotylédons de la graine, en tenant compte également du net décalage de l'accumulation entre ces deux compartiments, au cours du développement de la graine. Dans un premier temps, les gènes des isoflavone synthases (IFS) de variétés très différenciées pour leurs teneurs et profils d'isoflavones ont été séquencés, puis les expressions des gènes clefs de la biosynthèse (neuf chalcone synthases (CHS), une chalcone réductase (CHR), quatre chalcone isomérases (CHI) et les deux isoflavone synthases (IFS) ont été suivies par RT-PCR quantitative dans les cotylédons et dans les germes, à trois stades critiques du développement de la graine (25, 40 et 60 jours après floraison). La seconde partie de ce travail a été consacrée à l'étude de l'expression de différents gènes candidats de la flavonoïde 6-hydroxylase (F6H) catalysant la première étape de la synthèse de la glycitéine. Le polymorphisme des séquences génomiques IFS1 et IFS2 des isoflavone synthases n'a pas montré de lien avec les différences de teneurs en isoflavones entre les variétés. L'activité transcriptionnelle des gènes de biosynthèse des isoflavones souligne l'existence d'une régulation bien distincte de cette synthèse dans ces deux compartiments. Les taux d'expression des gènes cibles ne sont pas toujours reliés avec les différences de teneurs ou de profils dans les germes et les cotylédons, suggérant ainsi l'effet prépondérant des régulations post-traductionnelles, notamment dans la formation du complexe multienzymatique de biosynthèse de ces composés. Nous avons aussi mis en évidence une forte expression du gène CHS9 codant pour la chalcone synthase 9, avec un profil correspondant plus à l'accumulation des isoflavones dans le germe que dans les cotylédons. Les gènes CHS7 et CHS8 codant pour les chalcone synthases 7 et 8, déjà signalés comme fortement corrélés à la synthèse des isoflavones, sont plus liés à l'accumulation dans les cotylédons que dans les germes. Ces travaux montrent aussi que le gène F6H signalé dans la littérature ne s'exprime pas dans les germes. En revanche, deux candidats dont la séquence est similaire à 79% ont été étudiés. Le gène F6H3 est le seul à s'exprimer dans la graine, uniquement dans le germe. Son expression n'a pas été détectée dans les germes d'une lignée mutante qui ne produit pas de glycitéine. Ce gène est donc un candidat potentiel clef pour la synthèse de la glycitéine dans le germe. La structure particulière de l'enzyme correspondante pourrait indiquer une forte implication de l'architecture du complexe enzymatique et des contraintes qui en découlent dans l'utilisation préférentielle d'une voie ou d'une autre dans ce schéma de biosynthèse
The soybean seed contains large amounts of isoflavones (genistein, daidzein, and glycitein). Owing to their phytoestrogenic properties, these compounds can have beneficial effects on human health, but they can also be considered as endocrine disruptors, for example in infant formulas. The isoflavone content and composition in the seed depend on the considered fraction. The cotyledons contain only genistein and daidzein, while the hypocotyls are four to ten times more concentrated and contain three isoflavones, mostly daidzein and glycitein. The genotype has a strong influence on total isoflavone content, and even more on the percentage of individual isoflavones in cotyledons and hypocotyls. The objective of this work is to investigate the genetic determinism that underlies such contrasted contents and compositions between the two seed fractions, and the relation between main biosynthetic steps and genotypic differences. First, the genes of isoflavone synthases (IFS) were sequenced in varieties with highly contrasted content and composition. The expression of different keys genes of the biosynthesis (nine chalcone synthases (CHS), a chalcone reductase (CHR), four chalcone isomerases (CHI) and the two isoflavone synthases (IFS) have then been followed by quantitative RT - PCR in the cotyledons and hypocotyls, at three critical stages of seed development (25, 40 and 60 days after flowering). Second, the expression of different candidate genes for the flavonoid 6-hydroxylase (F6H) which catalyzes the first step in the synthesis of the glycitein has been investigated. The polymorphism of the genomic sequences IFS1 and IFS2 of isoflavone synthases was not correlated with differences in isoflavone contents. The transcriptional activity of key genes of the biosynthesis of isoflavones pointed out the existence of a distinct regulation of isoflavone biosynthesis between the two seed fractions. The expression levels of target genes were not always related to differences in isoflavone content or compositions in the hypocotyls and cotyledons. This suggests the overriding effect of post-translational regulation, especially in the formation of multienzyme complex of biosynthesis of these compounds. The chalcone synthase gene CHS9 was highly expressed, with a profile similar to the accumulation of isoflavones in hypocotyls. The chalcone synthase genes CHS7 and CHS8 expressions, already reported as highly correlated to the biosynthesis of isoflavones were more related to accumulation in the cotyledons than in hypocotyls. This work has also shown that the F6H gene, reported in the literature was not expressed in the hypocotyls. However, two candidates with as highly similar coding sequence (79%) have been studied. The F6H3 gene is the only one expressed in the seed, more precisely in the hypocotyls but it was not expressed in the cotyledons. Moreover, it was not expressed in a mutant line which did not accumulate glycitein. This gene is therefore a key potential candidate for the synthesis of the glycitein in hypocotyls. The particular structure of the corresponding enzyme may indicate a strong involvement of the architecture of the multienzyme complex of isoflavones biosynthesis and the constraints arising in the preferential use of a track or another in this scheme of biosynthesis

L’une des principales maladies attaquant le soya est la pourriture phytophthoréenne, causée par l’agent pathogène Phytophthora sojae. La méthode de lutte la plus efficace à ce jour pour contrer cet agent pathogène est la lutte génétique. Des gènes de résistance (Rps) se trouvant naturellement dans certaines lignées de soya sont introgressés dans des cultivars ayant un attrait pour l’agriculture. Cependant, pour définir quel gène Rps utiliser, il est essentiel de connaître les pathotypes de P. sojae se trouvant dans le sol, puisque les gènes Rps reconnaissent les gènes Avr caractérisant les différents pathotypes. Actuellement, les méthodes d’identification des nombreux pathotypes de l’agent pathogène sont des techniques de phénotypage longues et parfois imprécises. Cette étude présente donc le premier outil moléculaire ayant pour but de diagnostiquer rapidementet précisément les pathotypes de P. sojaese trouvant dans un échantillon de sol ou de tissus végétaux infecté. Une étude exhaustive de 31 isolats de P. sojae préalablement réalisée a permis d’identifier des marqueurs discriminants entre les haplotypes de virulence et d’avirulence pour les sept principaux gènes Avr retrouvés en Amérique. Des amorces spécifiques aux différents marqueurs ont été créées. Elles ont par la suite été adaptées afin de pouvoir être utilis.es simultanément dans une PCR multiplexe. Un taux d’efficacité à identifier les gènes d’avirulence présents chez différents isolats de P. sojae de 96% a été atteint lors de l’étude, Avr3a étant le seul gène à présenter des résultats aléatoires. Cela a donc ouvert la porte à d’éventuelles études plus approfondies sur l’interaction entre les gènes Rps3a et Avr3a. Le test sera de plus un outil précieux dans la prise de décision du cultivar à semer pour les producteurs, qui auront désormais accès à plus d’informations quant aux souches de P. sojaese trouvant dans leurs champs.

Chez le soja, la fixation symbiotique d'azote atmospherique est etroitement associee a la productivite et la qualite de la graine. L'objectif du present travail est d'evaluer les possibilites d'ameliorer cette fonction par la voie bacterienne en comparant la souche smgs1 de bradyrhizobium japonicum a la souche g4. Utilisee dans les inoculum francais. En culture hydroponique des plantes, avec des apports degressifs en nitrate, la nodulation est plus abondante avec la souche smgs1, ce qui se repercute sur le volume et la masse seche nodulaires. Ces observations restent valables lorsque les plantes sont cultivees en presence permanente de nitrate, suggerant une meilleure tolerance de la souche smgs1 a la presence de cet ion. Cependant, l'expression d'une fixation d'azote plus active (activite reductrice d'acetylene) est subordonnee a des nodosites de taille plus elevee, en relation avec la capacite de la plante hote a assurer a la fois leur croissance et leur fonctionnement. Des interactions entre le genotype hote et la souche ont ete mises en evidence pour des parametres symbiotiques ou de recolte. L'evaluation agronomique de la souche smgs1 en serre, sur terre, montre des reponses genotypiques positives ou negatives comparativement a g49. Le rendement au champ de quatre-vingt six lignees, en presence de la souche g49, presente une faible correlation avec leur activite fixatrice mesuree avec la souche smgs1 en conditions controlees et en presence d'un gradient en nitrate, contrairement aux resultats obtenus apres inoculation avec g49. Ainsi, l'existence d'interactions entre le genotype hote et la souche de b. Japonicum ou la teneur en nitrate du milieu racinaire pourrait entrainer une modification des performances agronomiques des varietes cultivees si la souche smgs1 est choisie comme nouvel inoculum. Ceci suggere d'entreprendre une nouvelle selection de genotypes mieux adaptes a cette souche

La sclérotiniose, causée par le champignon Sclerotinia sclerotiorum, est une des maladies les plus importantes de la culture du soya dans l’est du Canada. L’utilisation de cultivars résistants est la manière la plus efficace et économique pour lutter contre l’agent pathogène. Or, la pression de maladie au champ varie considérablement d’une année à l’autre selon les conditions climatiques, ce qui complique l’identification de matériel résistant. Nous avons donc développé une méthode d’inoculation artificielle fiable et reproductible pour évaluer la résistance à la sclérotiniose du soya en serre et au champ. Appelée méthode «du coton», elle consiste à appliquer des morceaux de tampon à démaquiller, trempés dans une suspension de mycélium broyé, sur un bourgeon floral, et à mesurer la longueur de la lésion qui se développe sur la tige après une semaine. Cette méthode simple et rapide donne des résultats comparables à la méthode de référence utilisée au Québec tout en départageant la résistance vraie des mécanismes d’évitement. Nous avons ensuite utilisé la méthode du coton pour caractériser le degré de résistance au sein d’une collection de 130 lignées de soya représentative de l’étendue de la diversité génétique présente chez cette espèce au Québec. En parallèle, nous avons mis au point une méthode de génotypage par séquençage à haut débit pour le soya et l’avons utilisée pour génotyper la collection. Le séquençage a produit 266,7 millions de séquences distinctes qui, après différents filtres, ont révélé 7 864 marqueurs SNP répartis sur les 20 chromosomes du soya. Des analyses d’association entre le degré de résistance et le génotype des lignées de la collection ont révélé la présence de quatre locus de caractère quantitatif (QTL) conférant une résistance accrue à l’agent pathogène. L’association la plus forte a été validée chez une population issue d’un croisement entre deux parents contrastés à ce locus. De plus, aucun des génotypes les plus résistants ne porte tous les allèles de résistance, ce qui indique qu’on peut développer du matériel présentant une résistance accrue à la sclérotiniose. Ces résultats ouvrent des perspectives prometteuses pour la sélection assistée de marqueurs ou la sélection génomique.
Sclerotinia stem rot (SSR), caused by the fungus Sclerotinia sclerotiorum, is one of the most important soybean diseases in Eastern Canada. Using resistant varieties is the most efficient and economic way to repress this disease. However disease pressure in the field fluctuates considerably from year to year according to climatic conditions, thus impeding the identification of resistant material. We developed a reliable and reproducible artificial inoculation method to assess resistance in the greenhouse and in the field. Named the «cotton pad method», it relies upon applying a piece of cotton pad soaked in a mycelial suspension on a floral bud and to measure the ensuing lesion length one week after inoculation. This quick and easy method provides disease ratings similar to the reference method used in Québec and is able to distinguish true resistance from disease avoidance mechanisms. We then used the cotton pad method to evaluate the degree of resistance in a panel of 130 soybean lines representing the genetic diversity present in this species in Quebec. In parallel, we developed a high-throughput genotyping by sequencing method for soybean and used it to genotype the collection. Sequencing provided 266.7 million distinct sequences, which yielded 7,864 SNPs on the 20 soybean chromosomes after several filtering steps. Association mapping performed between the genotype of the lines and their resistance level revealed the presence of four quantitative trait loci (QTLs) associated with SSR resistance. The strongest association was validated in a biparental population generated from a cross between two parents contrasted at this locus. Furthermore, none of the most resistant lines developed so far carries all of the resistance alleles, which suggests that it is possible to develop lines presenting increased SSR resistance. These results are promising for marker assisted or genomic selection.

La fixation symbiotique de l'azote atmospherique, facteur de productivite et de qualite de la graine chez le soja, est fortement influencee par les conditions environnementales. Les faibles temperatures, dans les conditions francaises, peuvent constituer une importante limitation de cette fonction. L'effet des faibles temperatures est analyse au niveau de la nodulation au cours des premieres phases du developpement de la plante d'une part, et d'autre part au niveau du fonctionnement photosynthetique de la plante, au cours de la periode d'intense activite de la fixation symbiotique de l'azote. Si l'effet a court terme des basses temperatures sur la mise en place des nodosites est nette, avec des differences genotypiques importantes, la reponse a plus long terme est inexistante, la compensation apres retour aux conditions optimales etant complete. Par contre, l'analyse de la fluorescence des chlorophylles montre que l'activite fixatrice de l'azote augmente la sensibilite de la plante aux faibles temperatures, en reduisant les aptitudes photosynthetiques et la capacite a mettre en place des mecanismes photoprotecteurs en reponse a la contrainte thermique. La non recuperation de l'efficience photochimique observee plusieurs jours apres retour aux conditions optimales traduit probablement une atteinte a l'integrite des photosystemes ii chez les plantes fixatrices. Les moindres capacites a dissiper l'energie des plantes fixatrices soumises a des faibles temperatures sont partiellement compensees par des mouvements foliaires (paraheliotropisme). La limitation de l'interception lumineuse resultant de cette aptitude constitue un autre mecanisme de protection, avec des consequences sur les performances photosynthetiques de la plante. Ainsi, si le cout energetique de la fixation symbiotique peut etre pris en charge par une stimulation de l'activite photochimique de la photosynthese en conditions optimales, l'activite fixatrice d'azote fragilise la plante lors d'un deficit thermique

Les bactéries du genre Bradyrhizobium forment des symbioses fixatrices d'azote avec des légumineuses. En Côte d'Ivoire, des cultures mixtes sont pratiquées en agriculture associant le niébé, le soja, l'arachide et le maïs. Ce travail de thèse décrit la diversité génétique et fonctionnelle des symbiotes des légumineuses trouvées dans ces cultures mixtes, et leurs effets PGPR sur le maïs. Dans un premier temps nous avons développé une analyse phylogénétique Multi-Loci (sur 9 gènes) sur une collection d'isolats d'Aeschynomene de référence afin de détecter les marqueurs les plus informatifs pour la classification dans Bradyrhizobium. Les 3 marqueurs glnB, dnaK et recA congruents entre eux et avec les données taxonomiques, ont été retenus pour étudier la diversité génétique d'une collection d'isolats provenant de cultures mixtes céréales-légumineuses en Côte d'Ivoire. Les capacités symbiotiques des isolats ont été étudiées en détails, révélant une diversité des spectres d'hôtes sur niébé, arachide et soja, et des degrés d'efficience variables. Des souches efficientes sur les trois légumineuses présentent également un effet stimulateur (PGPR) sur la croissance de deux variétés de maïs traditionnelles de Côte d'Ivoire, illustrant une interaction tripartite. L'examen microscopique avec des bactéries marquées GUS et GFP a révélé le statut d'endophytes du maïs de plusieurs souches, dont des déterminants de l'effet PGPR (synthèse de sidérophores, pectinase, cellulase etc) ont été détectés. Ces souches constituent un nouveau modèle d'étude pour la recherche fondamentale, avec des applications possibles pour l'agriculture en Afrique
Bacteria of the genus Bradyrhizobium fix nitrogen in symbiosis with legumes. In Côte d'Ivoire, mixed-cropping systems associating cowpea, groundnut, soybean and maize are practiced in agriculture. The aim of this PhD was to describe the genetic and functional diversity of legume symbionts found in these mixed-cropping systems, and their PGPR effects on maize. First we developed a Multi-Locus Sequence Analysis (on 9 conserved genes) on a collection of reference strains (from Aeschynomene) to detect most informative genes for Bradyrhizobium classification. Three gene-loci dnaK, glnB and recA congruent among each other and with previous taxonomic data, were chosen to study the genetic diversity of two collections of strains derived from mixed cereal/legume crops in Côte d'Ivoire and from soybean in India. Symbiotic properties of isolates from Côte d'Ivoire were analyzed in detail, revealing a large functional diversity in terms of plant host range (cowpea, groundnut and soybean) with variable efficiency according to strains. Several efficient strains on legumes also showed plant growth promotion (PGP) on traditional maize varieties from Côte d'Ivoire, demonstrating tripartite rhizobium-legume-cereal interactions. Microscopic observation using GUS and GFP-labeled bacteria evidenced the endophytic status of several strains on maize. Some of the known characteristics of PGP effect were found in several strains (siderophores, ammonium production, pectinase, cellulase). These strains are promising models in fundamental research and could have beneficial applications for agriculture in Africa

Le soja, culture d’intérêt agronomique mondiale et bientôt Normande, doit faire face à l’attaque de nombreux phytopathogènes et notamment à l’oomycète Phytophthora sojae Kaufm. & Gerd., qui engendrent chaque année d’importantes pertes économiques. Le RET (Root Extracellular Trap) est situé à l’apex racinaire, est constitué de cellules détachées de la racine appelées cellules frontières ou AC-DC (root Associated Cap-Derived Cells) et de leur mucilage associé. On retrouve au sein de ce mucilage des glycomolécules, des protéines, ou encore de l’ADN extracellulaire (ADNex). Cet ensemble, formant un territoire racinaire particulier, va permettre la protection de la racine et notamment de son apex contre les stress biotiques et abiotiques. Afin de mieux comprendre les mécanismes de défense racinaires, et notamment de certains acteurs du RET, une analyse transcriptomique et protéomique des AC-DC et de la racine et une analyse génomique de l’ADNex ont été réalisées en conditions témoin et élicitée avec PEP-13, un éliciteur provenant des oomycètes du genre Phytophthora sp. Les analyses transcriptomique et protéomique ont montré une spécificité des AC-DC par rapport aux racines et une réponse à PEP-13 qui semble différente entre ces deux zones. Le séquençage génomique de l’ADNex du RET a été réalisé afin de déterminer l’origine de celui-ci et savoir s'il existe une spécificité de séquences entre les deux conditions. Il semblerait que l'ADNex ait une meilleure couverture lors de l'alignement sur l’ADN mitochondrial et l’ADN plastidial comparé à l’ADN chromosomique. Cette différence de couverture peut indiquer une différence de persistance de l’ADNex dans le RET en fonction de son origine (chromosomique ou mitochondrial et plastidial), ou une libération dans le RET par ces organites. Il semblerait également qu’il n’y ait pas de différences entre les séquences d’ADNex du RET en condition élicitée avec PEP-13 ou témoin
Soybean, a crop of Normand and world agronomic interest, is threatened by numerous phytopathogens like the oomycete Phytophthora sojae Kaufm. & Gerd., wich generate high levels of economical losses. The RET (root extracellular trap) is located at the root apex and is composed of border cells or AC-DC (root associated cap-derived cells) and their mucilage. This mucilage is made up of glycomolecules, proteins or also extracellular DNA (exDNA). The RET play a role in root protection against biotic stresses. In order to better understand the role of the RET in root protection, a transcriptomic and a proteomic analysis where done on AC-DC and roots in controle condition and in elicited condition with PEP-13 (an elicitor from Phytophthora sp.). The results show a specificity of AC-DC compared to the root, and an answer to PEP-13 wich seems to be different between these two tissues. An other experiment was to sequence RET exDNA in controle and elicited conditions, in order to define the origin of this exDNA. We show that the coverage of mitochondrial and plastidial DNA where much better than the coverage of chromosomic DNA. It could mean that chromosomic DNA isn’t conserved as well as organelles DNA, or exDNA could originate from organelles. Furthermore, results seems to show no differences between the sequences of elicited or control exDNA

Le maintien des réplicons bactériens (partition) présente des similitudes avec la mitose eukaryote. Dans l'équipe du Dr Lane nous étudions le plasmide F d'Escherichia coli qui possède un système actif de partition. Ce dernier est très répandu parmi les réplicons bactériens. Il est composé de deux protéines, SopA et SopB produites à partir d'un opéron dont la transcription est réprimée par SopA. En aval se trouve le site sopC sur lequel SopB se fixe pour former le complexe de partition. Nous avons centrés nos recherches sur l'activité ATPase de SopA au moyen d'une mutagenèse du site actif de fixation de l'ATP. J'ai purifié ces protéines mutées et les ai caractérisées, tout en menant en parallèle une étude de leur fonction in vivo. Nous avons établi l'importance de l'activité ATPase dans la partition et dans la répression. La localisation de SopB a été déterminée au moyen d'une protéine SopB-GFP. Nous avons montré qu'elle était dépendante de SopA, sopC et du site actif ATPase de SopA.

Les invasions biologiques dans les agroécosystèmes engendrent de lourdes pertes économiques. Parmi les nombreuses espèces en cause, on retrouve les nématodes phytoparasites, vers microscopiques s’attaquant principalement aux racines. Présent dans tous les principaux pays producteurs de soya, le nématode à kyste du soya (NKS), Heterodera glycines, serait à lui seul responsable annuellement de plusieurs milliards de dollars de pertes. La rotation avec des cultivars résistants est le moyen le plus efficace de contrôler les populations de NKS, mais la surutilisation des mêmes lignées a conduit à la sélection d’individus virulents et mené à leur inefficacité. À ce jour, les mécanismes ainsi que les gènes de virulence associés au contournement de la résistance continuent de mystifier les scientifiques. Dans cette thèse, les effets des changements climatiques sur la reproduction et l’établissement du NKS ainsi que sur la phénologie de son hôte, le soya, ont été étudiés. Le premier modèle bioclimatique simulant le cycle de vie du NKS et du soya a été développé. Il a démontré que le nématode peut déjà se reproduire dans toutes les régions du Québec et que la hausse attendue des températures dans le futur proche (2041-2070) permettrait au NKS de pratiquement doubler le nombre de générations produites par saison de croissance dans toutes les régions. De plus, la production de soya issu du groupe de maturité I pourrait s’étendre à toutes les régions du Québec d’ici 2070. Une étude sur la distribution de la variabilité génétique entre 64 populations américaines et ontariennes et les gènes associés à diverses composantes bioclimatiques et leur rôle dans l’adaptation a également été réalisée. Celle-ci a révélé que la diversité génétique était très élevée entre les populations et qu’un flux de gène continu aurait facilité l’adaptation du NKS à diverses conditions bioclimatiques et son établissement dans toutes les régions nord-américaines où l’on produit du soya. Finalement, cette thèse présente l’analyse des génotypes du NKS et des gènes différentiellement exprimés sur des plants de soya résistant (Peking et PI88788) et sensible (Essex). En plus d’identifier plusieurs protéines liées à la virulence, cette étude a permis de mettre en évidence une région génomique sous forte pression évolutive. Cet îlot génique contient plusieurs répétitions en tandem qui ont divergé et dont certaines sont maintenant utilisées de façon sélective pour le contournement de différents types de résistance.
Biological invasions in agroecosystems are a major cause of economic losses. Plant parasitic nematodes are among the many species causing significant crop damages. The soybean cyst nematode (SCN) is causing billions of dollars of losses in all areas where soybean is produced. Rotation with resistant cultivars is the most effective mean of controlling SCN populations, but the overuse of the same lines has led to the selection of virulent individuals and the ineffectiveness of resistance. To this day, the virulence genes and mecanisms associated with the circumvention of resistance continue to mystify scientists. In this thesis, I explored the effects of climate change on the reproduction and establishment of SCN as well as on the phenology of its host, soybean. I have demonstrated that the nematode can already reproduce in all regions of Québec and that the expected rise in temperatures in the near future (2041-2070) will allow the development of more generations per growing season in all regions. In addition, I have demonstrated that the area suitable for the production of soybean from maturity group I will expand toward the north by 2070, further facilitating the expansion of SCN. I have also explored the genetic variability among more than 64 SCN populations from North America and analyzed the genes associated with various bioclimatic components and their role in adaptation. These analyses revealed that the genetic diversity was very high among SCN populations. This diversity associated with a continuous gene flow between populations has facilitated the adaptation of SCN to various bioclimatic conditions and its establishment in all US and Canadian soybean producing regions. Finaly, this thesis presents an analysis of the SCN genotypes and the differentially expressed genes associated with virulence in two resistant soybean lines (Peking and PI88788) and susceptible Essex. This work has identified several proteins associated with virulence and allowed the discovery of a genomic region under strong evolutionary pressure. This island contains several genes in tandem duplications that have diverged and are now used selectively for overcoming different sources of resistance.