Intégration de l'écophysiologie et de la génétique quantitative pour comprendre la plasticité de la floraison, la réponse à la sélection et l'adaptation chez le maïs

Résumé

Les plantes, en tant qu'organismes sessiles, ont développé des mécanismes de réponse aux variations environnementales, un phénomène connu sous le nom de plasticité phénotypique. Celle-ci résulte des effets du génotype (G), de l'environnement (E) et de leur interaction (G×E), influençant l’adaptation des cultures. 

Dans un contexte de changement climatique, la sélection de variétés adaptées repose sur l'identification de génotypes présentant une plasticité phénotypique bénéfique. De nombreuses études en génétique quantitative et moléculaire ont permis d’élucider certaines voies génétiques sous-jacentes et de développer des normes de réaction pour mesurer cette plasticité. Cependant, les mécanismes environnementaux qui façonnent la plasticité et leurs liens avec la génétique restent encore mal compris. Cette thèse explore ces mécanismes en utilisant des approches écophysiologiques et génétiques appliquées au maïs (textit{Zea mays ssp. mays}) et à la floraison. 

Le G×E pour la floraison découle de la sélection historique, qui a conduit à une perte de sensibilité à la photopériode dans les populations tempérées, contrairement aux variétés tropicales. Trois objectifs principaux ont été poursuivis : (i) modéliser une norme de réaction physiologique pour la plasticité de la floraison (PRN-FTP) afin d'analyser ses déterminants environnementaux et son rôle dans le G×E ; (ii) établir des liens entre les composantes de la PRN-FTP et les voies génétiques sous-jacentes en caractérisant la diversité haplotypique associée à la sélection pour l'adaptation aux environnements tempérés ; (iii) évaluer l'impact de l'interaction température- photopériode pour envisager l'adaptation du maïs tropical aux latitudes tempérées sous des scénarios climatiques futurs. 

Les analyses ont révélé des composantes de plasticité spécifiques à la température et à la photopériode, chacune répondant de manière distincte à la sélection, contribuant ainsi à l'émergence du G×E. 

L'étude génétique a mis en évidence une architecture complexe, avec des haplotypes et des variations alléliques influençant la réponse environnementale de la floraison, selon le fond génétique. 

Enfin, la simulation de la diversité dans un contexte de réchauffement climatique suggère qu'en 2050, près de 50 % des ressources génétiques tropicales pourraient être exploitées en milieux tempérés sans sélection préalable pour l'adaptation. 

Cette thèse offre une compréhension approfondie des facteurs environnementaux et génétiques déterminant la plasticité de la floraison chez le maïs, ouvrant de nouvelles perspectives pour la sélection et l'adaptation des cultures. Ses résultats pourraient être appliqués à d'autres phénotypes et espèces.

Contact

• Justine Drouault 

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Publications

• Justine Drouault, Carine Palaffre, Emilie J Millet, Jonas Rodriguez, Pierre Martre, Kristian Johnson, Boris Parent, Claude Welcker, Randall J Wisser, A reaction norm for flowering time plasticity reveals physiological footprints of maize adaptation, G3 Genes|Genomes|Genetics, Volume 15, Issue 7, July 2025, jkaf095, https://doi.org/10.1093/g3journal/jkaf095
• Nicole E Choquette, James B Holland, Teclemariam Weldekidan, Justine Drouault, Natalia de Leon, et al.. Environment‐specific selection alters flowering‐time plasticity and results in pervasive pleiotropic responses in maize. New Phytologist, 2023, 238, pp.737 - 749. ⟨10.1111/nph.18769⟩. ⟨hal-04040008⟩