Doctoral thesis (Dissertations and theses)
Analyse du déterminisme génétique de l’inhibition de la synthèse du gossypol dans la graine chez la descendance de l’hybride [(Gossypium hirsutum L. x G. raimondii Ulb.)² x G. sturtianum Willis]
Diouf, Fatimata Bintou Hassédine
2015
 

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Keywords :
cotton, gossypol, interspecific hybridization, Gossypium sturtianum, segregation distortion, SSR, GISH, zygotic, gametic, structural heterozygosity; cotonnier, gossypol, hybridation interspécifique, Gossypium sturtianum, distorsion de ségrégation, SSR, GISH, zygotique, gamétique, hétérozygotie structurelle
Abstract :
[en] Several analyses were performed in advanced generations of HRS [(Gossypium hirsutum x G. raimondii) ² x G. sturtianum] hybrid. These were obtained by backcrossing and selfing HRS plants expressing the glanded-plant and glandless-seed trait of G. sturtianum. The purpose is to understand why it is not possible to fix this target character in the HRS progeny. Thus, HRS BC2S5, BC2S6, BC2S7, BC3S4, ♂BC4S3, ♂BC4S4, ♀BC4S3 and ♀BC4S4 plant populations were studied. Agro-morphological observations carried out on the studied plant material showed in all analyzed progenies significant fertility problems as manifested by high rates of embryo abortion, poor germination of seeds and premature mortality of many seedlings. Moreover, major phenotypic differences were observed between the HRS plants and upland cotton. Genomic in situ hybridization analysis (GISH) demonstrated that the magnitude of these problems is related to the importance of the presence of genetic material of the Australian species in HRS hybrids. The analysis of the plant material with the 10 SSRs markers, mapped on c2-c14, c3-c17, and c6-c25 linkage groups of G. hirsutum, points out very important segregation distortions (SD). Genotypic profiles were almost always heterozygous. These SD are caused by gametic and/or zygotic selections that occur respectively before and/or after fertilization. GISH showed the presence of one (1) to four (4) whole G. sturtianum chromosomes and one to two large fragments of G. sturtianum chromosomes. This structural heterozygosity is implicated in the SD observed. However, the massive presence of alien genetic material hardly affected the chromosome pairing and pollen fertility of the analyzed hybrid plants. This is contradictory to the observed SD and suggests a certain genetic balance in the analysed hybrids. It thus indicates no, or very weak interaction between the chromosomes of G. sturtianum and those of G. hirsutum into the genome of HRS derivatives. The expression of the desired character is very complex, but it is certain that: (i) the factors responsible for the desired trait are better transmitted through the ovule than the pollen, (ii) the alleles involved in the expression of the target trait operate both according to the additive and epistatic models, (iii) the increase of the G. hirsutum genetics background in the most advanced generations of the HRS hybrid is accompanied by a decrease of the expression of the desired trait, (iv) seeds viability problems affect both seeds with or without gossypol glands, whether they are well formed or malformed, showing the independence between at least a part of the imbalance factors and those related to the expression of researched character. Several G. sturtianum genes appear to be involved in the control of the target trait. However, the strong SD that characterizes the analyzed plants questions the reliability of this result obtained through single-marker analysis. A resumption of the breeding program using agro-morphological characterization tools, SSR and GISH, in the early generations of backcrossing, should help to better guide the selection program towards obtaining stable plants that express the character.
[fr] Différentes analyses ont été réalisées chez des générations avancées de HRS [(Gossypium hirsutum x G. raimondii) ² x G. sturtianum, obtenues par rétrocroisement et autofécondation de plantes issues de graines présentant le caractère « glandless-seed and glanded-plant » recherché. Il s’agit de comprendre l’instabilité des plantes et pourquoi il n’est pas possible de fixer le caractère inhibition de la synthèse du gossypol uniquement dans la graine provenant de G. sturtianum chez la descendance de l’hybride trispécifique. Ainsi, des populations HRS BC2S5, BC2S6, BC2S7, BC3S4, ♂BC4S3, ♂BC4S4, ♀BC4S3 et ♀BC4S4 ont été étudiées. Les observations agro-morphologiques réalisées ont mis en évidence d’importants problèmes de fertilité du matériel étudié se manifestant par des taux élevés d’avortement des embryons, la mauvaise germination des graines produites et la mortalité précoce de nombreuses plantules. A cela s’ajoute une différence phénotypique entre les plantes HRS analysées et le cotonnier cultivé. L’ampleur de ces problèmes est liée à l’importance de la présence de matériel génétique de l’espèce australienne chez les hybrides HRS, mis en évidence avec l’analyse par hybridation in situ génomique (GISH). L’analyse du matériel au moyen de 10 marqueurs SSRs cartographiés sur trois (3) groupes de liaisons (c2-c14, c3-c17 et c6-c25) de G. hirsutum, met en évidence d’importantes distorsions de ségrégation (DS). Les profils génotypiques étaient presque toujours hétérozygotes. Ces distorsions sont causées par des sélections gamétique et/ou zygotique, qui se produisent respectivement avant et/ou après la fécondation. La GISH a montré la présence de 1 à 4 chromosomes entiers de G. sturtianum et de 1 à 2 grands fragments de chromosomes de G. sturtianum. Cette hétérozygotie structurelle est impliquée dans la DS observée. Par contre, la présence massive de matériel génétique de l’espèce sauvage affecte peu les appariements chromosomiques et la fertilité pollinique des plantes hybrides analysées. Cette situation qui est contradictoire à la DS observée, laisse supposer l’existence d’un certain équilibre génétique au niveau des formes hybrides analysées. Elle indique ainsi, une absence ou une très faible interaction entre les chromosomes de G. sturtianum et ceux de G. hirsutum dans le génome de HRS. L’expression du caractère recherché est très complexe, mais il est certain que : (i) les facteurs responsables du caractère recherché se transmettent mieux par l’ovule que par le pollen, (ii) les allèles impliqués dans le contrôle du caractère fonctionnent selon des modes à la fois additif et épistatique, (iii) l’augmentation du fond génétique de G. hirsutum au niveau des générations les plus avancées sélectionnées dans la descendance de l’hybride HRS se traduit par une diminution de l’expression du caractère recherché, (iv) les problèmes de viabilité des graines touchent aussi bien les graines avec ou sans glandes à gossypol, qui peuvent être bien ou mal-formées, ce qui laisse supposer qu’au moins une partie des facteurs du déséquilibre et ceux liés à l’expression du caractère sont indépendants. Il apparaît aussi que plusieurs gènes de G. sturtianum semblent être impliqués dans le contrôle de celui-ci. Cependant, la forte DS mise en évidence questionne la fiabilité de ce résultat obtenu par analyse en simple marqueur. Une reprise du programme d’amélioration en utilisant les outils de caractérisation agro-morphologique, SSR et GISH, dès les premières générations de rétrocroisement, devrait permettre de mieux orienter le programme de sélection vers l’obtention de plantes stables qui expriment le caractère.
Research center :
Ecole National Supérieure d’Agriculture (ENSA)/ Thiès /Sénégal
Centre d'Etudes Régional pour l'Amélioration de l’adaptation à la Sécheresse (CERAAS)/ Institut Sénégalaise de Recherche Agricole (ISRA)
Disciplines :
Genetics & genetic processes
Author, co-author :
Diouf, Fatimata Bintou Hassédine ;  Université de Liège - ULiège > Doct. sc. agro. & ingé. biol.
Language :
French
Title :
Analyse du déterminisme génétique de l’inhibition de la synthèse du gossypol dans la graine chez la descendance de l’hybride [(Gossypium hirsutum L. x G. raimondii Ulb.)² x G. sturtianum Willis]
Alternative titles :
[en] Analysis of the genetic determinism of the glanded-plant and glandless-seed trait in the progeny of the HRS [(Gossypium hirsutum L. x G. raimondii Ulb.)² x G. sturtianum Willis] hybrid
Defense date :
14 September 2015
Number of pages :
196
Institution :
ULiège - Université de Liège
Degree :
Doctorat en sciences agronomiques et ingénierie biologique
Promotor :
Mergeai, Guy ;  Université de Liège - ULiège > Département GxABT > Plant Sciences
President :
Francis, Frédéric  ;  Université de Liège - ULiège > GxABT : Services généraux du site > Site GxABT - Relations internationales
Secretary :
Toussaint, André ;  Université de Liège - ULiège > Département GxABT > Plant Sciences
Jury member :
du Jardin, Patrick  ;  Université de Liège - ULiège > Département GxABT > Plant Sciences
Baudoin, Jean-Pierre ;  Université de Liège - ULiège > Département GxABT > Plant Sciences
Vanderschuren, Hervé  ;  Université de Liège - ULiège > Département GxABT > Plant Sciences
Jacquemin, Jean-Marie
Mingeot, Dominique
Name of the research project :
Pic_coton
Funders :
CUD/ARES-CCD
Banque Mondiale [US-DC] [US-DC]
Commentary :
Le document est une contribution au développement d'une variété de cotonnier à graines sans gossypol, pour une valorisation des sous produits issus de la graine dans l’alimentation humaine et animale.
Available on ORBi :
since 03 September 2015

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