Découverte de nouveaux allèles contrôlant la date de floraison chez Miscanthus sinensis

Miscanthus, plante pérenne en C4, est valorisée pour l’énergie et l’industrie. Miscanthus sinensis est une espèce prometteuse pour l’innovation variétale grâce à sa grande diversité génétique. La production de biomasse du miscanthus augmentant avec la durée du cycle de culture, les caractères liés à la floraison sont des cibles clés en sélection. Notre objectif était de découvrir des allèles liés à la date de floraison chez le miscanthus en utilisant l’homologie avec des gènes de floraison connus chez le maïs et le sorgho.

La thèse est basée sur une population issue du croisement entre deux variétés diploïdes de M. sinensis, Silberspinne et Malepartus. Deux groupes de génotypes ont été implantés selon un staggered-start design, en 2014 et en 2015 dans le nord de la France. Ils ont été phénotypés pour les caractères liés à la floraison en 2018 et 2019. Les paramètres génétiques (héritabilité et variance génétique) et les corrélations (phénotypiques et génétiques) ont été estimés pour ces caractères. Deux modèles linéaires mixtes différents ont intégré les effets dûs à l’âge et au climat.

Effet du climat

On a estimé les meilleurs prédicteurs linéaires non biaisés du génotype, de l’interaction génotype x âge (GxA) et de l’interaction génotype x climat (GxC), puis détecté les QTL correspondants. Un parent de la population, Malepartus, a été étudié pour la transition florale en disséquant des apex en 2018 et 2019. Les tiges ont été classées en trois stades (végétatif, en transition et reproducteur) et des échantillons ont été prélevés pour chaque stade sur trois tissus (apex, feuilles immatures et matures). À l’aide d’analyses RNA-seq, des gènes différentiellement exprimés entre les stades ont été identifiés pour chaque tissu. La recherche de gènes homologues a été effectuée sur miscanthus à partir de bases de données de gènes pour la floraison chez le maïs et le sorgho. Les gènes trouvés sous les clusters de QTL précédemment identifiés ont aussi été inclus.

Trois séries de résultats ont été obtenues. Premièrement, tous les caractères liés à la floraison ont été retardés d’environ 20 jours en 2019 par rapport à 2018, en raison d’une baisse de 3°C des températures avant la transition florale. Ceci a entraîné une augmentation de la variance de GxC comparativement à celle de GxA. L’effet du climat a baissé les paramètres génétiques de tous les caractères en 2019, jusqu’à 20 % pour l’héritabilité au sens large.

Effet de l'âge

Deuxièmement, en décomposant l’effet de l’année en effet de l’âge et du climat, le staggered-start design a amélioré la détection de QTL. Quand le modèle a pris en compte l’effet de l’âge, certains QTL détectés pour les effets du génotype peuvent s’interpréter comme résultant de conditions climatiques différentes entre 2018 et 2019. On a observé des colocalisations de QTL pour les différents caractères, ce qui a généré dix clusters. Des clusters plus stables ont été observés pour les effets GxC comparativement aux effets GxA. De potentiels homologues de gènes de floraison connus chez le maïs et le sorgho, ont été mis en évidence par alignement de séquence et sont sous-jacents aux clusters répertoriés selon le génome de référence du miscanthus.

Gènes de la floraison

Enfin, des gènes différentiellement exprimés pendant la transition florale ont été identifiés. Parmi les 78,3 % de gènes détectés dans l’ensemble du génome du miscanthus, 13,3 % étaient différentiellement exprimés au niveau de l’apex, 5,8 % des feuilles immatures et 4 % des feuilles matures. Parmi les homologues de floraison situés sous les clusters, quatre ont été différentiellement exprimés. Ils correspondaient à KAO2 et ID1 pour le maïs et SbID1 pour le sorgho.

Pour conclure, tous ces résultats fournissent une solide base génétique pour l’étude ultérieure des mécanismes moléculaires contrôlant la floraison du miscanthus et peuvent fournir une référence pour son amélioration. En particulier, les marqueurs associés aux principaux loci de floraison aideront à ajuster la date de floraison en sélection.