Genetic and ecophysiological bases of bread wheat heterosis

Le blé tendre (Triticum aestivum L.) est la céréale la plus cultivée et est la nourriture de base pour 30% de la population mondiale. Pour répondre aux besoins alimentaires de quelques dix milliards d’êtres humains à l’horizon 2050, une augmentation annuelle des rendements de l’ordre de 2.4% est nécessaire. Parvenir à cette augmentation serait envisageable dans un environnement stable mais paraît plus douteux dans un environnement soumis au changement climatique qui affecte non seulement les rendements mais aussi leur stabilité. Des progrès sans précédent depuis la Révolution Verte des années 60 doivent être donc réalisés au niveau de l’amélioration variétale et des pratiques agronomiques pour permettre cette augmentation de la production alimentaire dans le respect de l’environnement. Parmi les pistes envisagées pour atteindre ces objectifs, le développement de variétés de blés hybrides revient régulièrement. S’ils sont utilisés de longue date chez le maïs, les hybrides sont encore très peu développés chez le blé, et ce notamment du fait de la difficulté de mise en œuvre et des résultats mitigés. Si des progrès considérables ont été réalisés grâce à l’utilisation de stérilités mâles, une meilleure compréhension de l’hétérosis reste nécessaire pour tirer le plein bénéfice des hybrides. Dans le cadre de ma thèse, je me suis intéressé aux bases génétiques et écophysiologiques de l’hétérosis chez le blé tendre. Dans un premier temps, j’ai souhaité étudier des hybrides de blé tendre pour identifier d’une part, leur potentiel par rapport aux lignées pures actuellement cultivées et d’autre part, les changements physiologiques qui permettraient d’exprimer ce potentiel. Pour cela, j’ai phénotypé sur deux années consécutives et trois lieux différents un panel de 124 hybrides issus d’un factoriel incomplet de 19 lignées femelles et de 16 lignées mâles. Pour l’ensembles des hybrides et des lignées parentales, j’ai évalué différents caractères de rendement comme le poids de mille grains ou le nombre de grains par mètre carré. J’ai également suivi la dynamique du couvert végétal par NDVI. Il ressort de cette analyse que les hybrides ont un rendement meilleur (+5%) par rapport à la moyenne de leurs parents et que la dilution de la teneur en protéines dans le grain est limitée (-0.7%) contrairement aux lignées pures. En résulte une augmentation du rendement protéique à l’hectare chez les hybrides (+4.7%). Leur supériorité de rendement est permise grâce à de multiples avantages au cours du cycle végétal, notamment un meilleur poids de mille grains et ce grâce à une senescence retardée, un meilleur tallage et une plus grande fertilité de l’épi. Dans un second temps, j’ai souhaité comprendre les mécanismes génétiques liés à une augmentation de la performance chez l’hybride. Pour cela, les 35 lignées parentales ont donc été caractérisées génétiquement par génotypage d’environ 410 000 SNP et par capture de séquences sur 194 789 loci distribués sur l’ensemble du génome. Ces analyses ont conduit à l’identification dans le génome des 35 lignées parentales de 180 variations structurales de plus de 1 Mb, pour une taille cumulée de 846 Mb. Certaines proviennent d’un polymorphisme intraspécifique de type présence-absence quand d’autres se rapportent à des introgressions d’espèces apparentées. J’ai pu observer que certaines de ces variations structurales étaient associées au rendement, à travers des phénomènes de dominance ou d’additivité. Par la suite, j’ai évalué la relation entre distance génétique entre parents et performance d l’hybride. Si aucune corrélation n’est observée à l’échelle du génome entier, il n’en est pas de même lorsque l’on s’intéresse aux différentes régions issues du partitionnement structural et fonctionnel des chromosomes. (...)