Identification of loci involved in the genetic resistance to Fusarium head blight in wheat

La fusariose des épis des céréales est due à un champignon pathogène (Fusarium spp.) qui entraine non seulement une perte directe de rendement en interrompant le remplissage des grains, mais également une perte indirecte par la production de mycotoxines, responsables de perturbations de procédés industriels et d'intoxications alimentaires. Parmi les différents moyens de lutte, la création de variétés résistantes semble la stratégie la plus efficace et la plus durable. Plusieurs variétés exotiques ont ainsi été identifiées comme résistantes mais présentent la particularité d'être difficilement cultivables sous nos latitudes. L'obtention de variétés résistantes adaptées à nos climats passe donc par une meilleure connaissance des mécanismes de résistance disponibles. La détection de QTL (Quantitative Trait Loci) chez le blé tendre a déjà permis de localiser certains des facteurs génétiques impliqués dans des mécanismes de résistance. Cependant l'utilisation de ces résultats en amélioration des plantes se heurte à deux contraintes majeures : la position des QTL reste le plus souvent imprécise et ces QTL, dérivant de populations biparentales, ne représentent qu'une fraction de la diversité génétique potentiellement intéressante pour ce caractère. L'objectif de la thèse était d'étudier la résistance du blé à la fusariose en réalisant une approche de génétique d'association. L'utilisation de génotypes faiblement apparentés et d'une densité élevée de marqueurs a permis de détecter des associations entre le polymorphisme génétique et des variations phénotypiques. Après avoir réalisé une synthèse sur le pathogène et sur l'approche par génétique d'association, le premier travail a été de réaliser une carte génétique fiable afin de pouvoir localiser les associations mises en évidence. Un panel de 195 variétés de blé tendre élites a été évalué pour leur résistance globale à la fusariose, pour leur résistance à la progression des symptômes et pour leur résistance à l'accumulation des mycotoxines. Des notations morphologiques (précocité, taille, aristation, nombre d'épillets par épi et extrusion des anthères) ont également été réalisées afin d'évaluer leur influence dans l'infestation. Ces variétés ont été génotypées avec 3016 marqueurs SNP, 200 marqueurs SSR et 1400 marqueurs DArT. Préalablement à la réalisation des tests d'association, l'étude de la structure a mis en évidence trois origines géographiques (française, anglaise et allemande) des variétés du panel. De même, l'étude du déséquilibre de liaison a montré que celui-ci était conservé sur une distance comprise entre 2 et 6 cM. L'étude d'association réalisée sur les notations d'infestation a permis d'identifier plusieurs zones associées, dont plusieurs sont colocalisées avec des Meta-QTL et/ou avec des zones identifiées avec les notations morphologiques. La densification en marqueurs de 6 zones associées avec les différentes notations d'infestation, localisées sur les chromosomes 1A, 1D, 2A, 2B, 5A et 7A, ont permis de confirmer ces régions, de restreindre fortement l'intervalle d'intérêt et de mettre en évidence de potentiels gènes candidats. Cette analyse a ainsi permis de mieux comprendre les mécanismes génétiques et morphologiques impliqués dans la résistance à la fusariose des épis. La décomposition en trois partie de cette résistance (résistance globale, résistance à la progression des symptômes, et résistance à l'accumulation des mycotoxines) montre l'existence de mécanismes génétiques indépendants et donc complémentaire à prendre en compte dans une stratégie de création de variétés résistantes à la fusariose des épis.Fusarium head blight (FHB), caused by the fungal pathogen Fusarium spp., is a major cereals disease that not only cause direct yield losses, by interrupting grain filling, but also indirect quality losses by the production of mycotoxins, responsible of industrial processes disturbance and food poisoning. Most wheat breeding programs in FHB-affected areas of the world have been screening germplasm to identify sources of improved tolerance. Unfortunately, these sources of genetic resistance are often of exotic origin and not adapted to West European growing conditions. The selection of adapted varieties with improved tolerance therefore needs a better characterization of resistance mechanisms. Several QTL for FHB resistance in wheat have been identified in European germplasm, but the use of these information in marker-assisted selection is constrained by the precision of the QTL and the low diversity tested by using biparental population.The aim of the present study is to use association mapping, also called linkage disequilibrium mapping, to identify loci involved in the resistance to FHB. This method refers to the analysis of statistical associations between genotypes determined in a collection of individuals, and the phenotypes of the same individuals. A dense genetic map was compiled to localize precisely the association results. Resistance to F. graminearum was studied in a panel of 195 elite wheat varieties by the evaluation of three components: resistance to global infection, resistance to symptom progression and resistance to accumulation of mycotoxins. Morphological factors (plant height, heading date, awnedness, spikelets per ears, anther extrusion), known to influence resistance to FHB, were also recorded. All the varieties have been genotyped with around 3300 SNP markers, 200 SSR markers and 1400 DArT markers. We first investigated the structure of the panel, which could generate bias in the estimate of allele effects, if not included explicitly in the association models. We showed that the structure is based on geographical origin (French, German and UK). Study of the linkage disequilibrium (LD) showed an extent of LD between 2 and 6 cM. Results of association studies permitted to identify several loci for each of the evaluated components of resistance. Some of these loci colocalized with the results of the MetaQTL analysis and/or with loci associated with morphological traits. We selected more specifically 6 loci, located on chromosome 1A, 1D, 2A, 2B, 5A and 7A. Marker saturation of the regions, allowed to confirm the genome wide association results and to increase the accuracy of the loci of interest. This analysis allowed to better understand the many factors that influenced FHB resistance, whether genetic or morphological. Results show that the genetic mechanisms are independent between the three components and therefore, information obtained for each component are to be used complementary to create varieties with increased resistance to FHB