# Stratégies d'amélioration génétique à l'aide des marqueurs moléculaires

Laurent Bouffier

► To cite this version:

Laurent Bouffier. Stratégies d'amélioration génétique à l'aide des marqueurs moléculaires. SYMPO-SIUM La recherche au service de la résilience et de la bioéconomie du pin maritime, IEFC, Jul 2022, Bordeaux, France. hal-04712282

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Submitted on 27 Sep 2024

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# Stratégies d'amélioration génétique à l'aide des marqueurs moléculaires

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# Qu'est-ce qu'un marqueur moléculaire ?

C'est un fragment d'ADN
avec une position bien définie dans le génome (locus) et
présentant du polymorphisme dans la population étudiée

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Environ 30 000 gènes chez les espèces forestières,
beaucoup dont les fonctions sont inconnues

Les SNP (Single Nucleotide Polymorphism) sont un type de marqueur moléculaire :

variation d'une seule paire de bases du génome entre individus

Individu 1 CCCTGAAAGCCTCTTGTAAATGTCGACTAATAAAAAGATTTCCTTCCTCAATAGC
Individu 2 CCCTGAAAGCCTCTTGTAAATGTCGACTAATAAAAAGATTTCCTTCCTCAATAGC
Individu 3 CCCTGAAAGCCTCTTGTAAATGTCGACTAATAAAAAGATTTCCTTCCTCAATAGC
Individu 4 CCCTGAAAGCCTCTTGTAAATGTCGACTAATAAAAAGATTTCCTTCCTCAATAGC
Individu 5 CCCTGAAAGCCTCTTGTAAATGTCGACTAATAAAAAGATTTCCTTCCTCAATAGC
Individu 6 CCCTGAAAGCCTCTTGTAAATGTCGACTAATAAAAAGATTTCCTTCCTCAATAGC
Individu 7 CCCTGAAAGCCTCTTGTAAATGTCGACTAATAAAAAGATTTCCTTCCTCAATAGC
Individu 8 CCCTGAAAGCCTCTTGTAAATGTCGACTAATAAAAAGATTTCCTTCCTCAATAGC
Individu 9 CCCTGAAAGCCTCTTGTAAATGTCGACTAATAAAAAGATTTCCTTCCTCAATAGC
Individu 10 CCCTGAAAGCCTCTTGTAAATGTCGACTAATAAAAAGATTTCCTTCCTCAATAGC
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récolte d'aiguilles

extraction d'ADN

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## Génotypage

(« Puce à ADN » = support sur lequel sont fixées des sondes correspondant aux différents marqueurs à génotyper)

→ On obtient un profil moléculaire pour chaque individu

<table><thead><tr><th></th><th>SNP_01</th><th>SNP_02</th><th>SNP_03</th><th>SNP_04</th><th>SNP_05</th><th>SNP_06</th><th>SNP_07</th><th>SNP_08</th><th>SNP_09</th><th>SNP_10</th><th>...</th></tr></thead><tbody><tr><td>Individu-1</td><td>TC</td><td>GC</td><td>CG</td><td>TT</td><td>GT</td><td>CA</td><td>TC</td><td>AA</td><td>TT</td><td>GA</td><td>...</td></tr><tr><td>Individu-2</td><td>CC</td><td>GG</td><td>CG</td><td>TT</td><td>TT</td><td>AA</td><td>CC</td><td>GG</td><td>TC</td><td>AA</td><td>...</td></tr></tbody></table>
# Outils moléculaires disponibles chez *Pinus pinaster*

<figure><img src="image_7.png" /></figure>

## Génotypage haute-densité = 12 000 SNP

- puce 4TREE développée dans le cadre du projet européen B4EST

- puce commerciale multi-espèces: Populus sp, Fraxinus sp, Pinus pinaster et Pinus pinea

- génotypage réalisé aux Etats-Unis (Axiom Thermofisher)

<figure><img src="image_8.png" /></figure>

<figure><img src="image_9.png" /></figure>

- Identifier des régions du génome liées à un caractère

<figure><img src="image_10.png" /></figure>

- Sélection génomique

<figure><img src="image_11.png" /></figure>

<figure><img src="image_12.png" /></figure>

## Génotypage basse-densité = 40 à 80 SNP

- Développées par INRAE

- Génotypage réalisé en interne (INRAE Pierroton)

<figure><img src="image_13.png" /></figure>

<figure><img src="image_14.png" /></figure>

- Population d'amélioration: vérifier les identités et les pedigrees

<figure><img src="image_15.png" /></figure>

- Vergers à graines: estimer la pollution pollinique et les contributions parentales

<figure><img src="image_16.png" /></figure>

- Contrôle origine d'un peuplement ou d'un lot de graines
# Outils moléculaires disponibles chez *Pinus pinaster*

<figure><img src="image_17.png" /></figure>

## Génotypage haute-densité = 12 000 SNP

- Puce 4TREE développée dans le cadre du projet européen B4EST

- puce commerciale multi-espèces: *Populus* sp, *Fraxinus* sp, *Pinus* pinaster et *Pinus pinea*

- génotypage réalisé aux Etats-Unis (Axiom Thermofisher)

<figure><img src="image_18.png" /></figure>

<figure><img src="image_19.png" /></figure>

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Identifier des régions du génome liées à un caractère

<figure><img src="image_21.png" /></figure>

Sélection génomique

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## Génotypage basse-densité = 40 à 80 SNP

- Développées à l'INRAE

- Génotypage réalisé en interne (INRAE Pierroton)

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<figure><img src="image_25.png" /></figure>

Population d'amélioration: vérifier les identités et les pedigrees

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Vergers à graines: estimer la pollution pollinique et les contributions parentales

<figure><img src="image_27.png" /></figure>

Contrôle origine d'un peuplement ou d'un lot de graines
# Principe général de la sélection génomique

## Population d'entrainement

Tous les individus sont
phénotypés (performances) et
génotypés (marqueurs ADN)
→ construction d'un modèle prédictif

<figure><img src="image_28.png" /></figure>

## Population d'application

Tous les individus sont
uniquement génotypés
→ leurs performances sont prédites
avec le modèle

<figure><img src="image_29.png" /></figure>
# Sélection génomique chez les arbres forestiers

* >40 articles publiés depuis 2012 (*Eucalyptus*, *Pinus*, *Picea...*)

* *Pinus pinaster*: deux articles publiés en 2016 et un PhD (Victor Papin, projet B4EST) en cours (génotypage haut-débit de ~2000 individus des 3 générations d'amélioration de la population landaise)

* Premiers résultats encourageants: bonne prédiction des valeurs familiales

* Principales limites:

* mauvaise prédiction de la valeur intra-famille

* coût du génotypage
# Perspectives de la sélection génomique

* Sélection précoce → accélération des cycles de sélection

Possibilité de sélectionner ou réaliser un pre-screening en utilisant uniquement l'information moléculaire

* Prédiction de caractères difficiles à évaluer → intégration de nouveaux critères de sélection

Phénotypage focalisé sur la population d'entrainement ce qui permet d'envisager des mesures plus couteuses / complexes (résistance aux maladies, à la sécheresse...)
# Outils moléculaires disponibles chez *Pinus pinaster*

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## Génotypage haute-densité = 12 000 SNP

- Puce 4TREE développée dans le cadre du projet européen B4EST

- puce commerciale multi-espèces: *Populus* sp, *Fraxinus* sp, *Pinus* pinaster et *Pinus pinea*

- génotypage réalisé aux Etats-Unis (Axiom Thermofisher)

<figure><img src="image_31.png" /></figure>

<figure><img src="image_32.png" /></figure>

Identifier des régions du génome liées à un caractère

<figure><img src="image_33.png" /></figure>

Sélection génomique

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<figure><img src="image_35.png" /></figure>

## Génotypage basse-densité = 40 à 80 SNP

- Développées à l'INRAE

- Génotypage réalisé en interne (INRAE Pierroton)

<figure><img src="image_36.png" /></figure>

<figure><img src="image_37.png" /></figure>

Population d'amélioration: vérifier les identités et les pedigrees

<figure><img src="image_38.png" /></figure>

Vergers à graines: estimer la pollution pollinique et les contributions parentales

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Contrôle origine d'un peuplement ou d'un lot de graines
# Contrôle des identités et des pedigrees

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(from Marjorie Vidal PhD, 2016)

<figure><img src="image_41.png" /></figure>

* Nombreuses sources d'erreur d'identification

<figure><img src="image_42.png" /></figure>

* Processus cumulatif au cours des générations de sélection
Estimation du taux d'erreur de pedigree dans la population d'amélioration (80 SNPs)

<figure><img src="image_43.png" /><figcaption>**Archives conales (G1)**
(524 G1 trees x 5 ramets / tree)</figcaption></figure>

<figure><img src="image_44.png" /></figure>
Pourquoi corriger ces erreurs?

<figure><img src="image_45.png" /></figure>

L'évaluation génétique sera d'autant plus précise que le taux d'erreur de pedigree sera faible
<figure><img src="image_46.png" /></figure>
<figure><img src="image_47.png" /></figure>
<figure><img src="image_48.png" /></figure>
# Outils moléculaires disponibles chez *Pinus pinaster*

<figure><img src="image_49.png" /></figure>

## Génotypage haute-densité = 12 000 SNP

- Puce 4TREE développée dans le cadre du projet européen B4EST

- puce commerciale multi-espèces: *Populus* sp, *Fraxinus* sp, *Pinus* pinaster et *Pinus pinea*

- génotypage réalisé aux Etats-Unis (Axiom Thermofisher)

<figure><img src="image_50.png" /></figure>

<figure><img src="image_51.png" /></figure>

Identifier des régions du génome liées à un caractère

<figure><img src="image_52.png" /></figure>

Sélection génomique

<figure><img src="image_53.png" /></figure>

<figure><img src="image_54.png" /></figure>

## Génotypage basse-densité = 40 à 80 SNP

- Développées à l'INRAE

- Génotypage réalisé en interne (INRAE Pierroton)

<figure><img src="image_55.png" /></figure>

<figure><img src="image_56.png" /></figure>

Population d'amélioration: vérifier les identités et les pedigrees

<figure><img src="image_57.png" /></figure>

Vergers à graines: estimer la pollution pollinique et les contributions parentales

<figure><img src="image_58.png" /></figure>

Controle origine d'un peuplement ou d'un lot de graines
# Taux de pollution dans les vergers à graines

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# Outils moléculaires disponibles chez *Pinus pinaster*

<figure><img src="image_61.png" /></figure>

## Génotypage haute-densité = 12 000 SNP

- Puce 4TREE développée dans le cadre du projet européen B4EST

- puce commerciale multi-espèces: *Populus* sp, *Fraxinus* sp, *Pinus* pinaster et *Pinus pinea*

- génotypage réalisé aux Etats-Unis (Axiom Thermofisher)

<figure><img src="image_62.png" /></figure>

<figure><img src="image_63.png" /></figure>

Identifier des régions du génome liées à un caractère

<figure><img src="image_64.png" /></figure>

Sélection génomique

<figure><img src="image_65.png" /></figure>

<figure><img src="image_66.png" /></figure>

## Génotypage basse-densité = 40 à 80 SNP

- Développées à l'INRAE

- Génotypage réalisé en interne (INRAE Pierroton)

<figure><img src="image_67.png" /></figure>

<figure><img src="image_68.png" /></figure>

Population d'amélioration: vérifier les identités et les pedigrees

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Vergers à graines: estimer la pollution pollinique et les contributions parentales

<figure><img src="image_70.png" /></figure>

Contrôle origine d'un peuplement ou d'un lot de graines
# Contrôle de l'origine d'un peuplement ou d'un lot de graines

Forte structuration génétique entre les populations de *Pinus pinaster*

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## 7 genepools

1. France atlantique (Landes)

2. France sud est (Maures)

3. Corse

4. Ibérique atlantique
(Portugal, Galice)

5. Ibérique méditerranéen
(Espagne centre et sud est)

6. Italie

7. Maroc

This distribution map, including both natural and naturalized occurrence of *Pinus pinaster* was compiled by members of the EUFORGEN Programme
# Développement d'un jeu de 80 marqueurs moléculaires pour différencier ces 7 genepools

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Exemple: 3 peuplements situés en Espagne

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