Genetic determinism of growth dynamics and carbon isotope composition in Eucalyptus in response to environmental changes

Les différents scénarios sur l'évolution du climat prévoient une augmentation de la fréquence et de l'intensité des sécheresses. La croissance des arbres forestiers étant fortement conditionnée par la disponibilité en eau, ces changements devraient impacter de manière significative la productivité des forêts plantées. La compréhension de l'impact des facteurs génétiques et environnementaux sur la dynamique de croissance est donc un enjeu majeur pour assurer les niveaux de production des plantations de demain. L'Eucalyptus, grâce à sa croissance rapide et à la disponibilité de ressources génétiques et génomiques, est un modèle biologique idéal pour mener ces recherches.L'objectif de cette thèse est de caractériser l'architecture génétique de la dynamique de croissance à différentes échelles de temps chez l'eucalyptus en relation avec : (i) les variations environnementales, et notamment l'évolution de la disponibilité en eau, et (ii) la composition isotopique du carbone de l'arbre (delta 13C), un caractère lié à l'efficience d'utilisation de l'eau. Pour répondre à cet objectif, un croisement interspécifique Eucalyptus urophylla x E. grandis a été étudié dans quatre dispositifs expérimentaux en République du Congo. Notre approche se base sur la cartographie des loci à effet quantitatif (QTL) et combine : (i) un génotypage haut débit, (ii) une caractérisation inter et intra-annuelle de la croissance et du delta 13C, ainsi qu'un suivi en continu des micro-variations du rayon et (iii) une caractérisation en continu des facteurs environnementaux.Ces travaux ont tout d'abord conduit à la construction des premières cartes génétiques à haute résolution chez l'Eucalyptus. L'analyse de l'architecture génétique du delta 13C a ensuite permis de mettre en évidence des gènes candidats positionnels, potentiellement impliqués dans la variation de ce caractère. Enfin, la caractérisation inter et intra-annuelle de la dynamique de croissance a permis de montrer que l'architecture génétique de la croissance, au stade adulte, est structurée par les réponses à l'environnement au stade juvénile. Ces réponses ont ensuite été analysées grâce aux profils de micro-variations du rayon, permettant ainsi de préciser leurs déterminants génétiques Nos résultats soulignent l'importance de considérer la croissance comme un caractère dynamique, non seulement pour la compréhension de ses bases génétiques, mais également à des fins de sélection de variétés adaptées à un environnement changeant.Scenarios of climate changes forecast an increase in frequency and intensity of droughts, related to an increase of global temperatures and changes in rainfall distribution. Growth of forest trees highly depends on water availability and will be significantly impacted by these changes. The understanding of the impact of genetic and environmental factors on the growth dynamics is a major challenge to ensure production levels of future planted forests. Eucalyptus, thanks to its rapid growth and the availability of genetic and genomic resources, is a perfect model to conduct this research.The objective of this thesis is to characterize the genetic architecture of growth dynamics in Eucalyptus at different time scales, in relation with: (i) environmental changes, including changes in water availability, and (ii) isotopic composition of carbon (delta 13C), a character associated with water-use efficiency. To this end, an interspecific cross between E. urophylla x E. grandis was studied in four experimental trials in the Republic of Congo. Our approach, based on mapping of quantitative trait loci (QTL), combines (i) a high-throughput genotyping, (ii) a characterization of inter and intra-annual growth dynamics and delta 13C, as well as a continual measurement of stem radial micro-variations and (iii) a continual characterization of environmental factors.First of all, this work led to the construction of the first high-resolution genetic maps in Eucalyptus, improving the sequence of the reference genome. Then, the analysis of genetic architecture of delta 13C enabled the identification of positional candidate genes which might be involved in the variation of this trait. Finally, inter and intra-annual characterization of growth dynamics highlight that genetic architecture of adult growth is structured by responses to the environment at the juvenile stage. These responses were then analyzed using daily profiles of stem radial micro-variations, which enabled the characterization of the genetic determinants of response to the environmental factors at the juvenile stage.Our results highlight the importance of considering growth as a dynamic trait, not only to understand its genetic basis, but also to select in a changing environment