Ressources et approches statistiques pour la cartographie de locus impliqués dans les caractères d’intérêt et la mise en œuvre de la sélection génomique

 WP leader: Laurence Moreau (UMR GQE)
Partenaires publics impliqués: INRA UMR GQE, UMR AGAP, UMR MIA-P, US EPGV, UMR GAEL, UMR LEPSE,
Partenaires privés impliqués : Biogemma, Caussade Semences, Euralis Semences, KWS, Limagrain, Maïsadour Semences, Syngenta, RAGT 2n.

Objectifs:

L’objectif du WP4 est d’optimiser les ressources (matériel végétal, informations moléculaires) et les approches statistiques pour permettre les études d’association (genome-wide association – GWA) et la sélection génomique. Le WP4 bénéficie des résultats du WP3 et a pour but de produire des données et des outils pour le WP5 et le WP8.

Le WP4 est organisé en 5 taches complémentaires:

Tache 4.0 : Assemblage de panels et production de semences – Leader : Cyril Bauland (INRA UMR GQE).

L’assemblage de panels est une étape clé pour la mise en oeuvre de la génétique d’association et de sélection génomique. L’objectif de cette tâche est d’assembler et de produire des semences  pour (i) des panels de lignées (dentées et cornées) à partir des panels existants et de nouveau matériel (cf T4.2) et (ii) des panels d’hybrides simples spécifiquement adaptés à l’étude des bases génétiques de la valeur hybride et de l’hétérosis.

Un panel denté de 349 lignées a été assemblé et évalué pour sa valeur hybride dans le cadre du WP5. Un panel de 350 lignées cornées en en cours d’assemblage (incluant des nouvelles lignées issues de T4 .2). Deux panels « héterosis » ont été assemblés. Le premier correspond à un factoriel entre des lignées dentées et des lignées cornées, le second est issu de croisement entre des lignées cornées-dentées (produites dans le T4.2).

T4.1 : Analyse de la diversité disponible dans les collections françaises de lignées et de variétés populations (open pollinisation varieties – OPVs) – Leader : B. Gouesnard (INRA UMR AGAP)

D’importantes ressources génétiques ont été assemblées et sont conservées dans les collections INRA de lignées et de populations traditionnelles. Ces collections n’ont été que partiellement caractérisées tant au niveau phénotypique que génotypique. L’objectif de cette tâche est de caractériser ces collections, notamment le pool corné, afin de mieux comprendre l’organisation de la diversité génétique et d’identifier des sources de diversité originales en vue de les intégrer dans les panels étudiés (T4.0 et T4.2)

Une collection de plus de 1000 lignées a été génotypée par génotypage par séquencage (GBS) et évaluée en valeur propre pour des caractères liés à la phénologie et à la morphologie des épis. Les résultats ont permis d’illustrer l’originalité du matériel corné par rapport aux collections de l’USDA d’identifier par génétique d’association des locus impliqués dans les caractères mesurés (Gouesnard et al. TAG 2017) et d’identifier des sources de diversités intéressantes pour améliorer les panels cornés existants. Les populations cornées ont été phénotypées et 127 d’entre elles ont été génotypées (50k SNP) ce qui a permis de montrer l’existence d’un gradient est-ouest de différenciation dans la zone pyrénéenne. Des analyses complémentaires sont en cours.

T4.2 : Création de nouvelles lignées Leaders : A. Charcosset et C. Bauland (INRA UMR GQE)

L’assemblage de panels à partir de lignées existantes est limité par la variabilité génétique disponible dans une gamme de précocité permettant une évaluation agronomique pertinente, et la faible valeur agronomique de certaines lignées (problème de verse dans le matériel corné notamment). De plus l’existence de structuration dans les collections limite la détection de QTL par GWAS et la portabilité d’équations de prédiction génomique entre groupe.

L’objectif de cette tâche est de créer du matériel génétique original afin d’améliorer la puissance des panels d’association. Un premier jeu de lignées cornées-dentées a été créé par haplo-diploïdization d’hybrides cornés-dentés. Ces lignées ont évaluées en valeur propre ce qui constitue un jeu de données très intéressant pour étudier l’impact de la structuration et évaluer l’intérêt de matériel admixé pour le transfert de prédictions génomiques inter-groupe. Un diallèle incomplet entre ces lignées a permis de créer le panel hétérosis 2 (cf T4.0) qui devrait permettre d’identifier des locus impliqués dans le phénomène d’hétérosis (cible du WP5). Un deuxième jeu de lignées a été obtenu par haploïdization à partir de croisement entre lignées cornées identifiées dans la tache 4.1. Ces lignées ont été évaluées en valeur propre et génotypées afin de réaliser une étude GWAS et d’identifier celles qui vont être intégrées dans le nouveau panel corné.

T4.4 Outils et méthodes pour la GWAS et la Sélection Génomique – Leader : L. Moreau (INRA UMR GQE)

Les approches de GWAS et de GS ouvrent de nouvelles perspectives mais soulèvent de nouvelles questions. L’objectif de cette tâche est de réaliser des développements méthodologiques sur ces approches et de contribuer à développer de nouveaux outils pour leur mis en œuvre.

Cette tâche à contribué au développement d’un pipeline de GWAS. Un travail spécifique à été réalisé pour la mise en œuvre de la GWAS sur des panels hybrides. Ce travail a conduit au développement d’un package R pour le calcul d’apparentement (Laporte et al. Biometrics 2017) et au développement de modèles et d’algorithmes efficaces dans le cas de modèles mixes incluants plusieurs effets aléatoires. Au niveau de la sélection génomique, des travaux portent notamment sur l’impact de la structure sur l’efficacité de la méthode et le développement de modèles de prédictions adaptés aux lignées admixées. Des travaux sont en cours sur la prise en compte des interactions GxE dans les modèles de GS et GWAS.