Blanc, Guylaine (2006) Selection assistee par marqueurs (sam) dans un dispositif multiparental connecte - application au maÏs et approche par simulations. PhD thesis Génétique quantitative, INAPG 2006INAP0039 p.150.
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Abstract
Detection of quantitative trait loci (QTL) for agronomic traits has received considerable attention
in plant genetics since the late 1980’s with the advent of molecular markers. Many studies,
especially theoretical studies, have shown using markers linked to QTL for selection (Marker-
Assisted Selection, MAS) could help increasing the efficiency compared to conventional
selection. In plant genetics, most of the QTL detection experiments are performed on
populations coming from the cross of two pure inbred lines. Thus much effort has been spent on
populations with a low genetic diversity, even if the probability to detect QTL increases with the
number of parents involved in the population. In a multiallelic context, connected multiparental
populations (i.e. coming from crosses sharing a common parent) are particularly interesting as
connections allow one, for a given population size, to increase the accuracy of QTL position, to
compare for each QTL different alleles and to test for epistatic interactions with the genetic
background. For MAS, markers should be particularly interesting in such designs to select
individuals carrying good alleles coming from different parents and to conduct crosses to
combine these alleles.
The objective of this study was to validate the interest of a MAS scheme in a connected
multiparental design.
Six F2 populations, with 150 individuals each, were obtained from a diallel cross between four
unrelated maize inbreds. QTL detection was performed on this design of 900 individuals with
MCQTL software allowing taking into account connections. We observed a gain of power and an
increase of the accuracy of QTL positions for QTL detection on the multiparental connected
design compared to a detection without taking into account connections or on individual
populations. Using these results we performed three MAS cycles for two schemes following
different objectives: (i) improving earliness for the first scheme and (ii) improving grain yield
while keeping a constant grain moisture at harvest for the second. To follow the transmission of
parental alleles at the QTL during selection generations, a program to calculate identity by
descent probabilities adapted to our design was developed. Genetic progress experimental
evaluation revealed a significant improvement for earliness of 3 days for the first scheme and of
3.2q for grain yield for the second scheme.
We compared by simulations different selection schemes, using parameters of the
experimentation (number and effects of QTL, h²…). Selection in the multiparental design
overtakes selection in biparental population considered independently; especially when heritability
is low and selection performed using markers. MAS overtakes phenotypic selection especially
when favorable alleles are equivalently distributed among parental lines.
We show here the interest of a connected multiparental design for QTL detection and MAS.
Many fields could be further worked on, but our results offer interesting perspectives for MAS
application in breeding programs.
| Item Type: | PhD Thesis (PhD) |
|---|---|
| Thesis Supervisor: | Charcosset, A. |
| Date: | June 2006 |
| Board of examiners: | Gallais, A. and Bernardo, R. and Charmet, G. and Courtois, B. and Desbons, P. and Ragot, M and Moreau, L. |
| Ecole Doctorale: | ED 435 AGRICULTURE, ALIMENTATION, BIOLOGIE, ENVIRONNEMENTS ET SANTE |
| Discipline: | Génétique quantitative |
| Collection (Fonds): | INAPG |
| Institution: | INAPG |
| Subjects: | 8. Earth Sciences and Environmental Engineering |
| Uncontrolled Keywords: | Maïs, Zea mays, Sélection Assistée par Marqueurs (SAM), Quantitative Trait Locus (QTL), Epistasie, Optimisation des croisements., Maize, Zea mays, Marker Assisted Selection (MAS), Quantitative Trait Locus (QTL), Epistasis, Cross optimization. |
Table of content
INTRODUCTION 1
CHAPITRE I - CARTOGRAPHIE GENETIQUE ET DETECTION DE QTL 8
I.Présentation du dispositif : - 8
II.Connected Populations for Detecting QTL and Testing for Epistasis - 13
Abstract - 14
Introduction - 15
Material and methods - 18
Plant material and experimental design - 18
Genetic map - 18
Agronomic data analyses - 19
QTL detection - 19
Epistasis test - 23
QTL-by-genetic-background interactions - 23
QTL-by-QTL interactions - 24
Results - 26
Genetic map - 26
Agronomic results - 26
QTL detection and comparison across analyses - 27
Epistasis - 29
Discussion - 32
LITERATURE CITED - 39
IV. Conclusion : - 43
CHAPITRE II – MISE EN PLACE EXPERIMENTALE DE LA SELECTION 44
I. Matériel et méthode : - 44
1. Objectifs de sélection et démarche : - 44
2. Première étape – sélection des individus : - 45
a. Choix des marqueurs pour suivre les QTL : - 46
b. Vérification du marquage moléculaire en fonction du pedigree : - 47
c. Suivi de « génotypes complets » : - 48
3. Deuxième étape – sélection des couples : - 51
a. Principe du choix : - 51
b. Gestion des croisements : - 52
4. Mise en place expérimentale des cycles de sélection : - 53
a. Les QTL utilisés: - 53
QTL utilisés lors du 1er cycle de sélection : - 53
QTL utilisés lors du 2ème au 4ème cycle de sélection : - 54
b. Mise en place de la sélection – 1er cycle : - 55
c. 2ème, 3ème et 4ème cycles de sélection : - 56
5. Evaluation du progrès génétique : - 57
a. Matériel évalué : - 57
b. Lieux et plans d’essais : - 57
6. Évaluation du potentiel de création variétale : - 58
7. Analyse des résultats de PG : - 59
a. Calcul de caractères composites : - 59
b. Analyses des données agronomiques : - 59
Analyses préliminaires - 59
Analyses individuelles des essais : - 60
Analyse conjointe des essais - 61
c. Calcul des valeurs prédites aux QTL et du progrès génétique attendu : - 62
d. Evolution des fréquences alléliques : - 63
e. Calcul de la taille efficace : - 64
II. Résultats : - 64
1. Les QTL utilisés pour la sélection : - 64
a. QTL détectés par régression multiple et utilisés lors du 1er cycle : - 64
b. Choix des QTL pour les cycles de sélection suivants : - 65
c. Suivi des QTL : - 66
Choix des marqueurs - 66
Marquage moléculaire - 66
2. Les génotypes sélectionnés et les croisements réalisés : - 67
a. 1er cycle : - 67
b. 2ème cycle : - 68
c. 3ème cycle : - 69
3. Évolution génétique du matériel : - 71
a. Pedigree et taille efficace : - 71
b. Evolution de la valeur génétique associée aux marqueurs : - 73
c. Evolution des fréquences alléliques : - 74
Floraison : - 74
Rendement : - 75
4. Résultats des analyses agronomiques des essais de progrès génétique : - 76
a. Analyses individuelles : - 76
Campagne 2004 – PG I : - 76
Campagne 2005 – PG II : - 77
b. Corrélations entre caractères : - 77
c. Corrélations entre essais et interaction GxE : - 78
d. Evolution des performances : - 79
Quelques individus remarquables - 79
e. Progrès génétiques attendus et observés : - 80
Floraison : - 80
Rendement : - 80
f. Corrélations entre valeurs observées et prédites : - 82
Corrélation valeur prédite sur les QTL et valeur phénotypique observée - 83
III. Conclusion partielle : - 85
Réponse à la sélection - 85
Limites à cette étude expérimentale - 87
CHAPITRE III – UN DISPOSITIF MULTIPARENTAL CONNECTE POUR LA SAM :
ETUDE PAR SIMULATIONS 88
Connected multiparental populations for Marker-Assisted Selection: a simulation study - 89
Abstract - 90
Introduction - 91
Models and methods - 93
Results - 99
Discussion and perspectives - 106
References - 111
Conclusion partielle - 114
CHAPITRE III – DISCUSSION GENERALE ET PERSPECTIVES 116
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 138
ANNEXES 151
| ID Code: | 3478 |
|---|---|
| Deposited By: | Nadine Pontal |
| Deposited On: | 28 February 2008 |
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