Etude du déterminisme génétique des caractères liés à la production et la composition de biomasse chez Miscanthus sinensis

Miscanthus est une graminée pérenne lignocellulosique en C4 provenant d’Asie. Elle est cultivée en Europe, principalement pour la production de bioénergie, de biomatériaux et de litière animale. Miscanthus × giganteus est reconnu comme une alternative intéressante aux ressources fossiles, mais la culture de cet hybride interspécifique triploïde est basée sur un seul clone, ce qui est risqué en cas d’attaque de bioagresseurs et ce qui implique une qualité unique. Sa stérilité est une entrave à la sélection variétale. M. sinensis, un parent de Miscanthus × giganteus, permet d’élargir l’offre variétale car il présente une forte variabilité génétique pour les caractères de production et de composition de la biomasse. Mais l’âge optimal pour collecter des données phénotypiques fiables est une préoccupation majeure pour l’amélioration du miscanthus car la phase d’élaboration du rendement peut durer jusqu’à cinq ans. L’objectif de la thèse était donc de comprendre le déterminisme génétique de la production et de la composition de la biomasse chez M. sinensis, en prenant en compte les facteurs génétiques, l’âge de la plante et les facteurs environnementaux tels que les conditions climatiques.

Une descendance F1 de M. sinensis diploïde a été expérimentée selon un staggered-start design en deux lieux et cinq années pour décomposer l’effet année en effets de l’âge et du climat. Cette durée a permis de phénotyper les caractères cités, durant la phase d’élaboration du rendement et jusqu’au début du plateau de rendement maximal.
Des héritabilités au sens large modérées à élevées ont été obtenues pour la hauteur, le nombre de tiges, la circonférence et le rendement, et des héritabilités faibles à modérées ont été calculées pour les compositions en paroi, cellulose, hémicelluloses, lignine et cendres (en %MS ou %paroi). Les caractères de production étaient plus héritables avec le temps (~35% jusqu’à la phase plateau), avec d’importantes interactions génotype × âge et génotype × climat à l’âge jeune. La teneur en lignine présentait de l’interaction génotype × climat dans l’un des lieux. Des corrélations génétiques et phénotypiques modérées ont été relevées entre les caractères de production et de composition (de -0.5 à 0.6).

Une carte génétique intégrée a été réalisée à partir de la méthode Genotyping-By-Sequencing (GBS) et un alignement sur le génome de référence de M. sinensis, pour développer des marqueurs Single-Nucleotide Polymorphism (SNP). Suite à leur filtrage, 2,602 marqueurs non distordus ont été groupés en 19 Groupes de Liaison (LGs) et leur ordonnancement a été testé selon deux algorithmes et leurs positions physiques sur le génome de référence. Cette dernière méthode a fourni le meilleur ordonnancement et une longueur de carte de 2,770 cM.

La cartographie de QTL a permis de détecter 260 et 283 QTL de production et de composition de la biomasse. Pour les caractères de production, 40-60% de QTL stables ont été détectés pour différents âges et conditions climatiques dans chaque lieu et 30% de QTL stables ont été détectés pour les caractères de composition. Entre les deux lieux, 10-15% de QTL stables ont été détectés pour les deux types de caractères. Douze clusters de QTL, relatifs aux caractères de production ou de composition, ont été confirmés par des corrélations génétiques élevées. Douze gènes de M. sinensis potentiellement liés à la paroi ont été identifiés à partir de relations orthologues avec le sorgho et le maïs.

Ces résultats montrent que l’amélioration génétique des différents caractères de la biomasse est possible chez M. sinensis, bien que cela soit moins évident à âge jeune comme pour les caractères de composition. Les QTL les plus stables constituent d’importantes ressources pour les sélectionneurs afin d’initier une sélection assistée par marqueurs (MAS). Certains clusters de QTL suggèrent que l’amélioration conjointe des caractères de production et de composition de la biomasse s’avère possible chez le miscanthus.