Contribution à la cartographie génétique chez les Fagacées
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Description

Sous la direction de Christophe Plomion, Catherine Bodenes
Thèse soutenue le 17 décembre 2009: Bordeaux 1
La famille des Fagacées regroupe des espèces présentant un intérêt économique, écologique et social non négligeable. Par ailleurs, ces espèces, et plus particulièrement celles du genre Quercus que l’on retrouve dans des milieux extrêmement diversifiés, constituent de bons modèles d’étude de l’adaptation des arbres à leur environnement. Pour comprendre l’architecture génétique des caractères liés à l’adaptation chez le chêne, des cartes génétiques ont été établies essentiellement sur la base de marqueurs moléculaires dominants. Le travail qui a fait l’objet de cette thèse, a consisté à développer une carte génétique de seconde génération à partir des ressources génomiques disponibles chez cette espèce. Dans un premier temps, nous avons recherché des motifs microsatellites (SSR, simple sequence repeats) au sein des séquences exprimées (EST) assemblées sous la forme d’un unigène de 28 000 éléments non redondant. Un jeu de 748 marqueurs a été développé et 255 d’entre eux ont été localisés sur la carte génétique du chêne pédonculé (Q. robur L.) en utilisant une approche dite de « bin mapping ». Leur transférabilité a été testée chez le châtaignier européen (Castanea sativa Mill.) et le hêtre commun (Fagus sylvatica L.), deux espèces phylogénétiquement proche du chêne. Un taux de transférabilité de 28% a été observé pour le hêtre et de 56,6% pour le châtaigner. Une carte génétique a alors été établie pour le châtaigner en utilisant les marqueurs SSR localisés sur la carte du chêne. La comparaison des cartes de liaison du chêne et du châtaignier a mis en évidence une bonne conservation de la macro synténie et de la macro colinéarité entre les deux espèces, ce qui ouvre des perspectives intéressantes pour le transfert d’informations génétiques (QTL par exemple) d’une espèce à l’autre. Cette étude sera prochainement enrichie par la cartographie de marqueurs orthologues dérivés de polymorphismes ponctuels (SNP), ce qui permettra de comprendre l’évolution conjointe des trois espèces majeures de la famille des Fagacées.
-Fagacées
-Chêne
-Châtaignier
-Microsatellites
-Carte génétique
-Cartographie comparée
The Fagaceae family comprises species of economic, ecological and social importance. In addition, these species and particularly those belonging to the Quercus genus that are present in very diverse ecological niches, constitute good models to study the adaptation of forest trees to their natural environment. To understand the genetic architecture of adaptive traits in oak, genetic linkage maps have been previously established based on dominant markers. In this thesis, we developed a second generation genetic map using the genomic resources that were available in this species. First, we bioinformatically screened an expressed sequence tags catalog assembled into a 28 000 unigene elements, for simple sequence repeats (SSRs). A set of 748 markers was developed and 255 were localized on the pedunculate oak (Q. robur L.) linkage map using a bin mapping approach. Their transferability was tested in the European chestnut (Castanea sativa Mill.) and common beech (Fagus sylvatica L.), two phylogenetically related species to oak. Transferability rates of 28% and 56.6% were observed for beech and chestnut, respectively. A genetic map was then established for chestnut on the basis of orthologous SSRs already mapped in oak. The comparison between both maps clearly showed that the macro-synteny and the macro-colinearity were conserved across genus, opening interesting perspectives in respect to the transfer of genetic information (eg. QTLs, quantitative trait loci) from one species to another. This study will be soon completed by the mapping of orthologous markers derived from single nucleotide polymorphisms (SNPs). This will made it possible to better understand the evolution of the genome of these three major species of the Fagaceae family.
-Bin mapping
-Fagaceae
-Oak
-Chestnut
-Microsatellites
-Genetic linkage map
-Comparative
Source: http://www.theses.fr/2009BOR13957/document

Sujets

Informations

Publié par
Nombre de lectures 78
Langue Français
Poids de l'ouvrage 10 Mo

Exrait



N° d’ordre : 3957


THÈSE

PRÉSENTÉE A

L’UNIVERSITÉ BORDEAUX 1

ÉCOLE DOCTORALE DES SCIENCES ET ENVIRONNEMENT

Par Jérôme Durand

POUR OBTENIR LE GRADE DE

DOCTEUR
SPÉCIALITÉ : ECOLOGIE EVOLUTIVE, FONCTIONNELLE ET DES COMMUNAUTES

Contribution à la cartographie génétique chez les Fagacées

Directeurs de thèse : C. PLOMION
C. BODENES



Soutenue le 17 décembre devant la commission d’examen

Devant la commission d’examen formée de :
M. THIS, Patrice DR, INRA Montpellier Rapporteur
M. GAILING, Oliver Assistant-professeur, Houghton Rapporteur
Mme FAIVRE-RAMPANT, Patricia CR1, INRA Versailles Examinatrice
Mme DIRLEWANGER, Elisabeth. CR1, INRA Bordeaux Examinatrice
M. RENAUDIN, Jean-Pierre Professeur, Université de Bordeaux inateur
Mme BODENES, Catherine Ingénieur d’étude, INRA Bordeaux Co-directeur
M. PLOMION Christophe DR, INRA Bordeaux Directeur Remerciements
Remerciements
Avant de commencer le développement de la thèse, je souhaiterais remercier quelques
personnes fortement impliquées dans le projet. Tout d’abord je souhaiterais remercier
Christophe Plomion de m’avoir choisi pour ce sujet de thèse et de m’avoir consacré du temps
pour m’encadrer. Je me souviendrais toujours de cet entretien de motivation pour ma
candidature pour cette thèse. J’avais senti un bon feeling. Je ne m’étais pas trompé. En
acceptant cette thèse, j’ai vécu une expérience très enrichissante, en travaillant à tes côtés, j’ai
appris énormément sur la génétique et le travail de chercheur. J’ai également eu l’opportunité
de voyager un mois en Suède pour le développement de banques hypométhylées, une semaine
aux Pays-Bas, 10 jours inoubliables à San Diego au congrès « plant and animal genome », une
semaine à Cannes et à Baden en Autriche dans le cadre de congrès internationaux, une
semaine à Avignon et Orléans pour des journées jeunes chercheurs. Je me souviendrai
longtemps de ma réaction quand tu m’as proposé d’aller à San Diego, j’ai tout de suite
accepté ta proposition mais intérieurement j’étais terrorisé par l’idée de prendre l’avion
pendant 13 h, et surtout de faire un exposé devant des chercheurs mondialement connus. Mais
cette expérience, je ne l’oublierai jamais, à tel point que si c’était à refaire, je n’hésiterais pas
une seconde à y retourner. J’ai passé de très bons moments à travailler avec toi, tu es
quelqu’un d’ouvert, à l’écoute de toutes propositions de ma part, à condition qu’elles soient
bien fondées. J’ai aimé apprendre à rédiger un article à tes côtés, cette méthode a été très
formatrice.
J’aimerais remercier ma co-directrice de thèse Catherine Bodénès, pour m’avoir
également apporté une rigueur au laboratoire et de très bonnes idées pour la rédaction de ce
manuscrit. J’ai également apprécié de travailler avec toi, j’ai aimé ton encadrement, ta joie de
vivre et le soutien que tu m’as apporté à certains moments ou j’étais réellement perdu. Je te
remercie également de m’avoir appuyé pour la réunion EVOLTREE en Autriche ou j’ai eu
l’opportunité de revoir une seconde fois les chercheurs partenaires de mon travail.
Je tiens à remercier Emilie Chancerel pour son aide infaillible. Tu as réalisé de
nombreux travaux dans le cadre de ma thèse et je te remercie vraiment beaucoup. Tu es une
personne sur laquelle je pouvais réellement compter et travailler avec toi était un réel plaisir, à
tel point que si je pouvais t’emmener avec moi pour mon futur travail, je n’hésiterai pas une
seconde…. Emilie je me souviendrai de toi comme d’une personne ultra-compétente.
Je tiens à remercier également Tristan Costecalde, avec Emilie, nous formions un trio
cartographie génétique au laboratoire. Je me souviens de moments inoubliables passés avec
vous deux, de matinée en salle licor en PCR à faire des manips sous le signe de la joie et de la
bonne humeur. Vous ferez partie tous les deux de mes meilleurs rencontres faites, comme
collègues mais également en tant qu’amis. Tristan, j’ai vraiment eu du mal à accepter ton
départ, comme beaucoup de monde d’ailleurs. Tu assurais une cohésion dans le laboratoire.
De plus, avec un dialogue permanent entre nous trois, nous nous sommes entraidés pour la
compréhension des mécanismes de cartographie.
J’ai également une pensée pour Jean-Marc Frigerio, qui s’est occupé en équipe avec
Cyril Cabané et Saneyoshi Ueno de la partie bioinformatique de ma thèse. Je te souhaite de
nous revenir très vite. Tu es quelqu’un de très serviable et de très bien, ne disant jamais non à
aucune demande de notre part, et en plus doté d’une grande gentillesse.
J’aimerais remercier Antoine Kremer également pour son accueil au sein de son
équipe de recherche et pour ses corrections avisées.
Un autre chercheur à qui j’aimerais adresser mes remerciements est Jean Marc Gion.
Tu es très compétent en cartographie et je regrette de ne pas avoir passé plus de temps avec
toi pour apprendre davantage. Je dois avouer que tu m’impressionnais, et que je n’osais pas
trop venir te voir. Malgré ta charge de travail, tu as toujours été présent pour répondre à mes
interrogations et me donner des conseils.
Je remercie également Grégoire Le Provost, pour ces conseils et sont aide pour
l’annotation de séquences.
Je remercie également tous les chercheurs du projet Evoltree partenaires de mon
travail, Giovanni Vendramin, Oliver Gailing, Hans-peter Koelewijn, Fiorella Villani, et Pablo
Goicoetchea qui ont toujours répondu favorablement à mes demandes et ont contribué à la
réalisation de cette thèse.
Enfin je remercie mes collègues de bureau, Audrey, Dominique et Saneyoshi pour
avoir passé de très bons moments avec eux et pour avoir supporter mes nombreuses sautes
d’humeur et crises de nerfs devant mon ordinateur quand ça n’allait pas. Je voudrais remercier
toute l’équipe de génétique pour leur accueil et leur disponibilité.

Mes remerciements vont également à Mme Dirlewanger, M Ghesquiere, M Decrocq et
M Kremer pour avoir accepté de faire partie de mon comité de thèse et de m’avoir orienté
dans mes projets de recherche. Merci également aux membres de mon jury d’avoir accepté de
m’évaluer en vue de l’obtention future de mon diplôme.
Je souhaite remercier ma famille qui m’a soutenu après mon départ de ma région, et
qui ma conseillé lorsque j’étais dans de mauvaises passes, ainsi que la famille Bernadet qui a
confectionné de très bon gâteaux pour le coin café et qui m’ont tant apporté lors de ma vie
Bordelaise…
Une autre personne qui a joué un grand rôle dans la finalisation de mon mémoire est
M François Gaugiran. Cet homme, que je considère comme mon troisième grand père a su me
parler et me faire prendre confiance en moi. Il a réussi à faire de moi un bon, gardien de but,
et m’a également apporté de très bons conseils qui étaient valables pour ma thèse et le seront
pour ma vie professionnelle future…. C’est depuis le jour où j’ai fait ta connaissance que ma
situation au laboratoire s’est réellement amélioré et les résultats ont commencé à arriver. Je
me souviendrai toujours de la première séance, ou je me suis dis intérieurement qu’est ce que
c’est que ces entrainements… et pourtant j’ai adhéré et si j’ai pu écrire ce mémoire, c’est
grâce à toi, je te dois vraiment beaucoup.
Enfin j’aimerais finir par la personne la plus chère à mon cœur, Mlle Virginie
Portemer, pour tout l’amour qu’elle m’a donné, pour ses conseils et son soutien continuel. Je
la remercie aussi pour ces week-end touristiques, préparé consciencieusement et me
permettant de m’évader dans des régions dont je ne soupçonnais pas l’existence, ce qui me
permettait de prendre du recul sur ma thèse.
Enfin je remercie Mathieu Lefèvre, Julien Bruère et Guillaume Bokvad, Cédric et
Jérôme Stole qui ont été de vrais amis pendant mon aventure bordelaise, et qui m’ont toujours
soutenu. Un dernier merci à tous les gens des Coqs rouges de Bordeaux, qui étaient comme
ma famille bordelaise.

Sommaire
Sommaire
Chapitre 1 : Introduction générale .................................................................... 2 
I.  Préambule .............................................................................................................. 3 
II.  Introduction bibliométrique ................................................................................ 6 
A.  Qu’est ce qu’un marqueur microsatellite ? ............................................................... 6 
1.  Comparaison entre les microsatellites génomiques (gSSR) et les microsatellites issus
d’EST (eSSR) ................................................................................................................................. 6 
2.  Détection de motifs microsatellites dans des EST .............................................................. 8 
3.  Caractérisation des motifs microsatellites au sein des génomes végétaux ..................... 12 
a.  Localisation des motifs microsatellites ....................................................................................... 12 
b.  Fonction des motifs microsatellites ............................................................................................. 14 
c.  Distribution des classes et des motifs microsatellites ................................................................ 15 
d.  Facteurs influençant le taux de polymorphisme des marqueurs microsatellites .................... 18 
e.  Utilisation des marqueurs microsatellites chez les plantes ....................................................... 19 
B.  La cartographie génétique et ses méthodes alternatives ......................................... 22 
1.  La construction de cartes génétiques ................................................................................ 22 
2.  Méthodes alternatives de cartographie ............................................................................. 27 
a.  La cartographie physique ............................................................................................................ 27 
b.  La cartographie génétique par bin mapping 29 
C.  La cartographie génétique comparée ....................................................................... 32 
1.  Contexte de la cartographie comparée .............................................................................. 32 
2.  Principe de la cartographie comparée entre espèces génétiquement proches ............... 33 
3.  Limites de la cartographi34 
4.  Intérêts et utilisations de la cartographie comparée ........................................................ 34 
D.  Présentation du genre Quercus ................................................................................. 37 
1.  Histoire du chêne ................................................................................................................. 37 
2.  Taxonomie et répartition géographique ........................................................................... 37 
3.  Caractéristiques biologiques des chênes 40 
4.  Valeurs écologiques, économiques et sociales ................................................................... 42 
5.  Développement de cartes génétiques au sein du genre Quercus ..................................... 44 
a.  Les chênes blancs d’Europe ........................................................................................................ 44 
b.  rouges d’Amérique .................................................................................................... 47 
III.  Contexte et objectifs de la thèse ........................................................................ 48 
Chapitre 2 : SSR mining in oak ESTs and Bin mapping of 256 loci in
Quercus robur L. full-sib pedigree ................................................................... 50 
A.  Matériel et méthodes .................................................................................................. 53 
1.  Détection des motifs non-redondants ................................................................................ 53 
2.  Parsage et stockage des données dans une base de données ............................................ 53 
B.  Résultats de la détection concernant les trois moteurs ........................................... 54 
IV.  Background ......................................................................................................... 55 
V.  Results .................................................................................................................. 57 
A.  SSR mining and EST-SSRs frequency ..................................................................... 57 
B.  Distribution of EST-SSRs .......................................................................................... 58 
C.  Marker development 59 
D.  Bin mapping ................................................................................................................ 59 
E.  Validation of bin assignment ..................................................................................... 61 
F.  Macro-synteny and colinearity ................................................................................. 62 
VI.  Discussion ............................................................................................................ 67 
Sommaire
A.  Frequency, distribution and polymorphism of the oak EST-SSRs ....................... 67 
B.  Bin mapping ................................................................................................................ 70 
VII.  Conclusion and perspectives .............................................................................. 71 
VIII.  Methods ..................................................................................................... 72 
A.  Plant material and DNA extraction .......................................................................... 72 
B.  EST-SSRs detection .................................................................................................... 72 
C.  SSR genotyping ........................................................................................................... 73 
D.  Nomenclature of the markers .................................................................................... 74 
E.  Bin mapping strategy ................................................................................................. 74 
A.  Validation of bin assignment ..................................................................................... 75 
IX.  Résultats aditionnels : la cartographie de gènes chez le chêne ....................... 78 
1.  Stratégie d’annotation ........................................................................................................ 78 
2.  Résultats ............................................................................................................................... 79 
B.  Discussion .................................................................................................................... 84 
Chapitre 3 : Cartographie comparée chez les Fagacées ................................ 90 
I.  Introduction ........................................................................................................ 91 
II.  Matériel et méthodes .......................................................................................... 96 
A.  Matériel végétal .......................................................................................................... 96 
B.  Développement de marqueurs et test de transférabilité ......................................... 98 
C.  Construction des cartes génétiques du châtaignier ................................................. 99 
D.  Cartographie comparée entre le chêne et le châtaigner ....................................... 100 
III.  Résultats ............................................................................................................ 100 
A.  Transférabilité des marqueurs ................................................................................ 100 
B.  Carte génétique du châtaigner 103 
C. 110 
IV.  Discussion .......................................................................................................... 112 
A.  La transférabilité des marqueurs microsatellites .................................................. 112 
B.  Carte génétique chez le châtaigner ......................................................................... 114 
C.  Cartographie comparé entre le chêne et le châtaigner ......................................... 117 
V.  Conclusion ......................................................................................................... 119 
Chapitre 4 : Conclusion générale et perspectives ........................................ 126 
Conclusion générale ........................................................................................ 127 
I.  Identification de motifs microsatellites au sein des séquences exprimées du
chêne ........................................................................................................................... 127 
II.  Développement de marqueurs microsatellites issus d’EST .......................... 129 
III.  Développement d’une carte génétique avec la méthode du bin mapping ... 130 
IV.  Transférabilité des marqueurs microsatellites issus d’EST ......................... 131 
V.  Carte génétique comparée entre le chêne et le châtaigner ........................... 131 
Perspectives ...................................................................................................... 133 
I.  Vers une carte consensus chez le chêne .......................................................... 133 
II.  Détection de QTL chez le chêne avec des marqueurs multi-alléliques ........ 133 

Sommaire
III.  Utilisation des marqueurs microsatellites cartographiés pour cribler une
banque BAC et caractériser une région génomique d’intérêt .............................. 134 
IV.  Cartographie de SNP visant à augmenter le nombre de marqueurs issus de
régions géniques ........................................................................................................ 135 
V.  Cartographie comparée chez les Fagacées ..................................................... 136 
VI.  Cartographie comparée entre le chêne et les espèces dicotylédones modèles ...
............................................................................................................................ 137 
Annexes ............................................................................................................. 140 
Annexe 1 : Productions écrites au cours de la thèse ...................................................... 141 
Annexe 2 : Présentations orales effectuées au cours de la thèse .................................. 144 
Annexe 3 : Poster réalisés au cours de la thèse .............................................................. 148 
Annexe 4 : Description of SSR motifs in oak transcriptome ........................................ 150 
Annexe 5 : Database of oak eSSR markers .................................................................... 156 
Annexe 6 : Bin mapping validation ................................................................................ 165 
Références bibliographiques .......................................................................... 178