La précocité de floraison est un caractère adaptatif majeur chez le maïs car la précocification du maïs a permis d’étendre la culture de cette plante tropicale très sensible au froid aux régions tempérées. Cette adaptation a été rendu possible par la sélection de polymorphismes précocifiant le maïs préexistants au sein des populations tropicales ou apparus spontanément dans des variétés de maïs.
Plus récemment, de très nombreuses mutations spontanées ont été identifiées sur la base de leur effet phénotypique dans des programmes de multiplication des lignées et constituent une source de diversité génétique intéressante pour la sélection. Maurice Pollacsek, chercheur à l’INRA a ainsi identifié une mutation récessive au sein de la lignée de maïs F7, appelé F7p, qui précocifie le maïs d’[...]
La précocité de floraison est un caractère adaptatif majeur chez le maïs car la précocification du maïs a permis d’étendre la culture de cette plante tropicale très sensible au froid aux régions tempérées. Cette adaptation a été rendu possible par la sélection de polymorphismes précocifiant le maïs préexistants au sein des populations tropicales ou apparus spontanément dans des variétés de maïs.
Plus récemment, de très nombreuses mutations spontanées ont été identifiées sur la base de leur effet phénotypique dans des programmes de multiplication des lignées et constituent une source de diversité génétique intéressante pour la sélection. Maurice Pollacsek, chercheur à l’INRA a ainsi identifié une mutation récessive au sein de la lignée de maïs F7, appelé F7p, qui précocifie le maïs d’environ 5 jours.
Pour pouvoir utiliser ces mutations comme F7p dans les programmes de sélection moderne, il faut la caractériser et la localiser précisément dans le génome (clonage positionnel) pour développer des marqueurs moléculaires, marqueurs qui permettent ensuite de l’introgresser rapidement et efficacement dans les variétés élites.
L’objectif de mon stage était de réaliser le clonage positionnel de la mutation F7p au moyen d’une nouvelle méthode de clonage positionnel basé sur une approche de reséquençage en pool. Cette approche est adaptée d’une méthode initialement développée par l’équipe d’Abe et al. en 2012 pour cloner les mutations induites chimiquement au sein de banques de mutants.
Pour cartographier la mutation causale, j’ai tout d’abord extrait 8664 SNP polymorphes entre la lignée F7 (sauvage) et F7p (muté) découvert via l’alignement sur le génome de B73 de lectures issues du reséquençage de ces deux lignées. Puis j’ai analysé les fréquences alléliques de l’allèle F7p de 392 SNP ayant passé les filtres qualité obtenus via le reséquençage de deux pools de 95 plantes F2 tardives (type F7) et 92 précoces (type F7p) sélectionnées aux deux extrêmes phénotypiques d’une population de 1053 plantes F2 dérivées d’hybride F1 entre la lignée sauvage (F7) et muté (F7p). Enfin, j’ai développé et validé par simulation un modèle de mélange permettant d’estimer la probabilité de chaque SNP d’être ou non la mutation causale.
L’analyse des fréquences alléliques ainsi que le modèle en mélange montre qu’aucun des 392 SNP polymorphes entre F7 et F7p n’est la mutation causale. Toutefois, 26 SNP localisés sur le chromosome 8 présentaient une fréquence allélique de l’allèle F7p significativement plus élevée dans le pool précoce que dans le pool tardif suggérant la présence de la mutation causale sur ce chromosome.
Afin de valider cette présence, j’ai développé à partir de ces SNP 18 marqueurs Kaspar répartis sur le chromosome 8 dont 4 ont permis de génotyper individuellement les 187 plantes F2 des pools tardif et précoce. J’ai pu ainsi montrer que les plantes homozygotes pour l’allèle F7p étaient significativement plus précoces que les homozygotes F7 et les hétérozygotes comme attendu pour une mutation récessive. J’ai pu ainsi cartographier la mutation causale sur le chromosome 8 entre les marqueurs 16 et 22 localisés dans la région portant les gènes Vgt1 et Vgt2
Early flowering is a major adaptive trait for crops because it shortens the plants’ life cycles. Thanks to such discoveries, maize can now be cropped in Northern America and Europe: shortening maize life cycle would enable its cropping in areas where climatic conditions are less favourable to this very cold-sensitive plant. The selection of polymorphisms in the tropical populations or spontaneous mutations made this adaptation possible.
Lately, a lot of spontaneous mutations appeared during programs of inbred lines multiplication brought a new genetic diversity interesting for breeding. Maurice Pollacsek from the French national research institute on agronomics (INRA), discovered a new natural mutation occurring in the F7 maize inbred line, called F7p. This recessive mutation enables plants to flower about one week earlier.
The use of mutations such as F7p in breeding programs requires the characterization and the precise location of this mutation (positional cloning), and creation of molecular markers to introgress the mutation in other lines.
My end-of-study internship aim to do the positional cloning of the F7p mutation with an innovative approach based on whole-genome resequencing of pooled DNA of the plants which carry the mutation. This method was validated by Abe in 2012 on an induced rice mutation.
During my internship, I have extracted 8 664 single nucleotide polymorphisms (SNP) between the inbred lines F7 (wild) and F7p (mutant) discovered by the alignment of DNA reads on the reference genome B73. The reads came from the pooled DNA of 95 late flowering maize and the pooled DNA of 92 early flowering maize from 1 053 plants derived from the self-pollination of the cross between F7 and F7p.
I have filter these 8 664 SNP to reject wrong detections and then I have analysed the F7p alleles frequency. I have also developed and validated a statistical test to evaluate of each SNP to be the causal mutation.
The allelic frequencies and the statistical test show that none of the 392 polymorphism between F7 and F7p is the causal mutation. Therefor, 26 SNP located on the chromosome 8 show a significantly higher F7p allele frequency in the early flowering pool than in the late flowering pool. It suggest that the mutation might be on this chromosome.
I developed 18 Kaspar markers on the chromosome 8 to validate the presence of the mutation, and I could genotype individually the 187 plants for the pools with 4 of these markers. I found that homozygous plants for the F7p allele were significantly earlier than plants homozygous for the F7 allele and heterozygous. I locate the causal mutation on the chromosome 8 between markers 16 and 22 which is also where are locate the genes Vgt1 and Vgt2.
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