Academic literature on the topic 'Génétique d'association (GWAS)'

Les stress abiotiques, tels que la salinité excessive ou la carence en nutriments, qui entraînent souvent une perte de rendement importante, constituent des défis majeurs pour l'agriculture mondiale. Ces stress sont particulièrement préjudiciables dans les régions confrontées à la pauvreté, à l'insécurité alimentaire et à la pénurie d'eau. L'amélioration de la résilience des cultures à haute valeur économique et nutritionnelle comme la tomate (Solanum lycopersicum L.) aux stress abiotiques pourrait offrir des avantages significatifs, à la fois sur le plan économique et en termes de santé publique. L'objectif de cette thèse est d'identifier les composantes génétiques de la tolérance aux stress abiotiques chez la tomate et d'explorer le potentiel de la prédiction génomique pour améliorer cette tolérance. Dans le premier chapitre, nous avons examiné l'architecture génétique de la tolérance à la carence en azote. Nous avons utilisé une méthodologie complète qui intègre la cartographie des QTL en utilisant une population multiparentale, une étude d'association à l'échelle du génome (GWAS) en utilisant un panel de diversité, et une analyse RNA-seq pour identifier les gènes candidats liés à la réponse à la carence en azote. Les deux chapitres suivants sont consacrés à l'étude de la tolérance au stress salin. Nous avons tout d'abord étudié plusieurs traits associés à l'accumulation de sodium dans différents organes et stades de développement de la plante dans le panel de GWAS, ce qui nous a permis d'identifier des QTLs et un gène candidat clé impliqué dans le transport du sodium au sein de la plante. En outre, nous avons également étudié l'impact du stress salin sur le métabolome des racines, en caractérisant les métabolites régulés de manière différentielle par le stress salin et en identifiant des biomarqueurs de la tolérance à la salinité. Des QTL et des gènes candidats liés à ces métabolites cibles ont été identifiés. Dans les derniers chapitres, nous avons utilisé la GWAS et la prédiction génomique dans des analyses multi-environnementales à l'aide d'un panel de diversité cultivé dans plusieurs conditions environnementales. Nous avons identifié des QTL d'interaction - dont les effets alléliques varient en fonction des conditions environnementales - et comparé différentes méthodologies GWAS. Nous avons également évalué l'efficacité de différents modèles de prédiction génomique pour améliorer la tolérance aux stress abiotiques. Cette étude a permis d'identifier plusieurs gènes candidats qui nécessitent une validation expérimentale plus poussée afin d'élucider leurs rôles fonctionnels et leurs applications potentielles dans les programmes de sélection. Les résultats préliminaires des modèles de prédiction génomique soulignent l'utilité de l'utilisation de ces approches pour prédire la tolérance aux stress abiotiques
Abiotic stresses, such as excessive salinity or nutrient deficiency, which often result in substantial yield losses, constitute significant challenges to global agriculture. These stresses are particularly detrimental in regions facing poverty, food insecurity and water scarcity. Improving the resilience of crops of high economic and nutritional value such as tomato (Solanum lycopersicum L.) to abiotic stresses could offer significant benefits, both economically and in terms of public health. The aim of this thesis is to identify the genetic components of abiotic stress tolerance in tomato and to explore the potential of genomic prediction to improve these traits. In the first chapter, we looked at the genetic architecture of nitrogen deficiency tolerance. We used a comprehensive methodology that integrates QTL mapping with multiparental population, genome-wide association study (GWAS) using a diversity panel, and RNA-seq to identify candidate genes related to nitrogen metabolism. The next two chapters are devoted to the study of salt stress tolerance. We first studied several traits associated with sodium accumulation in various plant organs and developmental stages in a GWAS panel, which enabled us to identify QTLs and a key candidate gene involved in sodium transport within the plant. In addition, we have also studied the impact of salt stress on the root metabolome, characterising metabolites differentially regulated by salt stress and identifying biomarkers of salinity tolerance. QTLs and candidate genes linked to these target metabolites have been identified. In the following two chapters, we engaged GWAS and genomic prediction in multi-environmental analyses using a diversity panel grown under a range of environmental conditions. We have identified interaction QTLs - whose allelic effects vary according to environmental conditions - and compared different GWAS methodologies. Then we have evaluated the effectiveness of various genomic prediction models for improving tolerance to abiotic stress. Our results revealed several candidate genes that require further experimental validation to elucidate their functional roles and potential applicability in breeding programmes. Preliminary results from genomic prediction models highlight the interest of using these approaches to predict tolerance to abiotic stresses, although further validation in breeding populations is required

La maladie d'Alzheimer (MA) représente la principale cause de démence, et la perte des synapses est perçue comme l'un des éléments centraux dans la physiopathologie de cette maladie. Bien que le premier facteur de risque soit l'âge, la MA présente également une importante composante génétique, et les études d'association pangénomique (GWAS) ont permis de mettre en évidence 76 loci regroupant plusieurs centaines de gènes associés au risque de développer la maladie. Des analyses fonctionnelles post-GWAS sont désormais nécessaires pour préciser la fonction de ces gènes et identifier les mécanismes moléculaires expliquant leurs rôles dans la pathologie.Dans ce contexte, mes travaux ont consisté à mettre en place différentes approches in vitro permettant l'identification et la caractérisation des gènes et des variants impliqués dans la perte synaptique associée à la MA.En développant une nouvelle approche de criblage à haut-contenu, j'ai tout d'abord évalué l'effet de la sous-expression de chacun des facteurs de risque génétiques de la MA sur les synapses de neurones hippocampiques primaires. J'ai ainsi identifié plusieurs gènes impliqués dans la perte synaptique. De manière surprenante, l'un des gènes dont la sous-expression affectait le plus fortement la densité de synapses était le gène PLCG2, dont la fonction neuronale était jusqu'ici inconnue. Dans un second temps, j'ai donc cherché à caractériser de manière plus précise l'impact de l'inhibition de PLCG2 en mesurant l'activité électrique neuronale et les phénotypes classiquement associés à la MA, dans un modèle de neurones humains dérivés de cellules souches pluripotentes induites. Enfin, je me suis intéressée à un autre facteur de risque génétique impliqué dans la fonction synaptique, le gène FERMT2. Afin d'étudier le rôle fonctionnel du variant rs7143400 localisé dans la région 3' non traduite de ce gène, j'ai généré une lignée cellulaire porteuse du variant d'intérêt par CRISPR/Cas9, et évalué son impact sur la régulation de l'expression du gène, et sur le métabolisme du précurseur des peptides amyloïdes.Dans l'ensemble, ces travaux permettent de mieux comprendre comment certains déterminants génétiques influencent le développement de la MA, aidant ainsi à l'identification des mécanismes moléculaires précocement impliqués dans la survenue de cette pathologie
Alzheimer's disease (AD) is the prime cause of dementia, and synaptic loss is central to its pathophysiology. Although the most important risk factor is age, AD also has a significant genetic component, and genome-wide association studies (GWAS) have identified 76 loci encompassing hundreds of genes associated with the risk of developing the disease. Post-GWAS functional analyses are now needed to clarify the function of these genes and to identify underlying molecular mechanisms.In this context, I have developed different in vitro approaches to identify and characterize genes and variants involved in the AD-associated synaptic loss.First, I have developed a high content screening to assess the impact of each GWAS-identified AD genetic risk factor on synapse number in rat primary hippocampal neurons. I have identified several genes whose under-expression led to a significant modulation of synaptic density. Surprisingly, one of the best hits was PLCG2, whose neuronal function was unknown so far. Second, I have characterized the impact of PLCG2 gene silencing on neuronal electrical activity and AD-associated phenotypes in a model of induced pluripotent stem cells-derived neurons. Last, my work has focused on another AD genetic risk factor involved in synaptic function, the FERMT2 gene. In order to assess the functional role of the rs7143400 variant, located within FERMT2 gene 3'UTR, I have generated a cell line carrying this variant through CRISPR-Cas9 editing. This model has been used to evaluate the impact of the FERMT2 rs7143400 variant on gene expression and amyloid peptide precursor metabolism.Overall, this work helped to better understand how the PLCG2 and FERMT2 genetic risk factors influence the development of AD, giving further insights into the mechanisms involved the disease onset

Les techniques de séquençage haut-débit ont permis de révéler la complexité réelle du transcriptome, et ceci par l'identification de nouveaux ARN non-codants. Parmi eux, plus de 120000 longs ARN non-codants (lncRNA) ont été identifiés chez l'homme. Il s'agit d'ARN dépourvus de phase ouverte de lecture et dont la taille excède 200 nucléotides. Accomplissant une variété remarquable de fonctions biologiques, les lncRNA représentent dorénavant une nouvelle classe de régulateurs géniques. Néanmoins, les mécanismes d’action moléculaire de ces lncRNA restent encore largement énigmatiques. Ce projet se concentre sur les principes qui gouvernent l'activité d'un lncRNA appelé ANRIL identifié comme facteur de susceptibilité dans de nombreuses pathologies. Chez l'homme, le gène ANRIL est localisé dans le locus 9p21 qui contient également les gènes CDKN2A et CDKN2B. Ces derniers codent deux inhibiteurs de cyclines impliqués dans la régulation du cycle cellulaire. En liant le complexe PRC2 responsable de la déposition des marques H3K27me3, ANRIL facilite le recrutement de ce complexe au sein du locus 9p21 et par conséquent l'extinction transcriptionnelle des gènes CDKN2A et B. Cette activité d'ANRIL sur son propre locus est qualifiée d'activité -cis. De nombreuses données suggèrent qu'ANRIL est également capable de moduler l'expression de gènes localisés hors du locus 9p21. Cette activité est qualifiée de -trans. Notons que les études n'ont jusqu'alors jamais permis d'identifier à haute résolution ni de façon exhaustive ces régions génomiques. Elles n'ont jamais permis également de documenter les mécanismes mis en jeu par ANRIL pour lier de façon spécifique les loci dont il régule l'expression. Ce travail de thèse vise donc à raffiner l'activité trans d'ANRIL jusqu'ici décrite et ceci en identifiant les gènes contactés et modulés par ANRIL de façon directe. Par des expériences de ChIRP-seq, nous avons montré qu'au sein du génome de HEK293, ANRIL contacte 3227 régions principalement composées de résidus G et A. Le croisement de ces données avec des résultats d'analyse transcriptomique nous a permis de mettre en relation l'occupation génomique d'ANRIL avec les gènes dont l'expression dépend de sa présence. Nous avons pu identifier 189 gènes que nous avons qualifiés de cibles directes. Parmi ces cibles, 123 sont régulées négativement par ANRIL supposément via le recrutement du complexe PRC2. Par des approches in silico, nous avons montré qu'ANRIL contient des éléments répétés de types transposons. En particulier, l'exon 8 d'ANRIL est composé à hauteur de 70% par des éléments ERVL. Nous avons mis en évidence que ces éléments sont impliqués dans la liaison d'ANRIL à la chromatine. Nous montrons également que parmi les 123 cibles directes d'ANRIL, la régulation négative de 9 d'entre elles dépend de la présence de l'exon 8. Nos données suggèrent également que parmi ces 9 gènes, FIRRE et TPD52L1 sont contactés par une région de 42 nucléotides hébergée au sein de l'exon 8 et ceci par la formation vraisemblable de triplex ADN/ADN:ARN. Nous avons également initié l'identification des protéines liant ANRIL. Par des approches in vitro et in cellulo, nous avons identifié hnRNP K comme nouveau partenaire d'ANRIL. La caractérisation fonctionnelle d'hnRNP K suggère qu'elle serait impliquée dans les fonctions d'ANRIL sur le locus 9p21 mais également sur d'autres régions distales codant notamment des facteurs de la réaction inflammatoire. Nous avons aussi initié la recherche de nouveau biomarqueurs ADN et ARN pour certaines pathologies en utilisant la cohorte Stanislas. Les analyses préliminaires de GWAS ont permis de découvrir de nouveaux polymorphismes associés aux pathologies cardiovasculaires et métaboliques. En conclusion, nous pensons que les méthodes de biologie cellulaire, moléculaire et biochimique que nous avons combinées a permis d'apporter une vision plus claire du mode d'action d'ANRIL
The increased knowledge on long non-coding RNA (lncRNA ≥ 200-nts lacking obvious coding regions) and their involvement in global genome regulation push the lncRNA-disease interconnection to a promising and timely field of research. Due to flexible 2D structures and multiple protein binding sites, lncRNAs carry intrinsic features conferring a wide regulatory potential. Although lncRNAs are being extensively studied, the field is still suffering from a lack of knowledge on their structure/function relationships at the molecular and cellular levels. The team focuses on the characterization of the lncRNA named ANRIL (Antisense Non-coding RNA in the INK4 Locus). ANRIL is an ideal study model since it is associated to human diseases and is likely implicated in regulating the fine-tuning of gene expression via the recruitment of nucleoprotein complexes. Until now, ANRIL functions have only been superficially explored at the molecular level. ANRIL belongs to the 9p21 locus that is silenced by ANRIL via the recruitment of the polycomb repressor complex PRC1 and PRC2. Even though the trans-regulatory activity of ANRIL was demonstrated by previous studies, its molecular aspect needed to be refined. For instance, the coding and the non-coding genes contacted and regulated by ANRIL in a direct manner remained unknown. Also not documented were the mechanisms engaged by ANRIL to associate specifically with the genome. Our work tends to refine the so-called trans-activity by identifying the genes directly contacted and regulated by ANRIL. We identified genome-wide the chromatin occupancy of ANRIL in HEK293 by applying the ChIRP-seq approach and found that ANRIL associates with 3227 binding sites mostly composed by G/A residues. By crossing the ChIRP-seq with transcriptomic data from ANRIL knocked-down cells, we established a list of 189 genes corresponding to the primary trans-targets of ANRIL since they were both contacted and affected by the presence of ANRIL. Among them, 123 genes were found to be negatively regulated by ANRIL. In silico approaches highlighted the presence of multiple classes of transposable elements throughout ANRIL exons. In particular, 70% of the longest Exon8 was made up of ERVL element. We investigated its putative role in ANRIL's trans-activity. We showed that it is at least partially responsible for the association of ANRIL to the chromatin since deletion of Exon8 resulted in a severe reduction of ANRIL's genomic occupancy. By applying highly stringent criteria, we accurately identified 9 out of the 123 trans-target genes of ANRIL which expression specifically depends on Exon8. By further in silico, in cellulo and in vitro characterization, we showed that Exon8 contains a 42-nts sequence contributing in the recognition and subsequently in the silencing of the FIRRE and TPD52L1 genes. We brought evidences in favor of a recognition mode involving DNA/DNA:RNA triplex formation. Furthermore, we initiated the identification of ANRIL’s protein partners. By in vitro and in cellulo approaches, we identified hnRNP K as a novel partner of ANRIL. We evidenced a potential coregulatory role of ANRIL and hnRNP K on the 9p21 locus and other distal inflammatory loci. Finally, using the Stanislas Cohort, the identification of RNA and DNA biomarkers for the early diagnosis of cardiovascular and metabolic diseases has been initiated. GWAS data revealed novel associations of 9p21 locus SNPs with cardiovascular and metabolic diseases. We think that the conjugation of cellular, molecular and biochemical approaches we deployed in the study allowed to generate a clearer vision of ANRIL activity and its molecular links to diseases

Les consommateurs se plaignent de la qualité gustative des tomates depuis des décennies. Celle-ci est influencée principalement par les sucres, les acides et un ensemble de divers composés volatils. L’amélioration de la saveur de la tomate reste l’un des principaux défis à relever pour améliorer la qualité de la tomate et l’acceptabilité des consommateurs pour l’amélioration moderne des tomates. Le but principal de cette thèse était de disséquer le contrôle génétique de la saveur de la tomate en utilisant des SNP à haute densité et un ensemble divers de traits liés à la saveur, notamment les sucres, les acides, les acides aminés et les composés volatils. Dans la première partie, j'ai effectué plusieurs analyses basées sur l’exploration des haplotypes dans une collection d’accessions. Plusieurs approches ont été utilisées et comparées pour identifier les régions génomiques en cours de sélection. Les modèles bayésiens de génétique d’association basés sur les haplotypes et une partie des SNP ont identifié 108 associations significatives pour 26 caractères. Parmi ces associations, certains gènes candidats prometteurs ont été identifiés. Certains avantages de l’utilisation des haplotypes ont également été présentés. Dans la deuxième partie, j'ai réalisé une méta-analyse d'études d'association pangénomique à l'aide de trois panels d'associations de tomates. J'ai démontré l'efficacité de l'imputation des génotypes pour augmenter la couverture de SNP à l'échelle du génome. Des méta-analyses de modèles à effets fixes et à effets aléatoires (pour les SNP présentant une hétérogénéité I2 > 25) ont été effectuées afin de contrôler l'hétérogénéité croisée des études. Au total, 305 locus significatifs ont été identifiés, dont 211 nouveaux. Parmi ceux-ci, 24 locus ont présenté des cis-eQTL lors d'une précédente étude d'association à l'échelle du transcriptome de fruits. L'analyse d'enrichissement pour toutes les associations a montré que jusqu'à 10 processus biologiques étaient enrichis de manière significative et que tous étaient étroitement impliqués dans les métabolites liés aux arômes. Une liste de gènes candidats prometteurs a été fournie, qui pourraient présenter un grand intérêt pour la validation fonctionnelle. J'ai également démontré la possibilité d'augmenter de manière significative le contenu en composés volatils qui contribuent de manière positive aux préférences des consommateurs tout en réduisant les volatils désagréables, en sélectionnant les combinaisons d'allèles pertinentes. Globalement, cette thèse augmente les connaissances du contrôle génétique du goût de la tomate, ce qui devrait contribuer à son amélioration
Consumers have been complaining about tomato flavor for decades. Tomato taste is mainly influenced by sugars, acids and a diverse set of volatiles. Improving tomato flavor remains one of the main challenges for improving tomato sensory quality and consumer acceptability in modern tomato breeding. The main purpose of this thesis was to decipher the genetic and evolutionary control of tomato flavor by using high density SNPs and a diverse set of flavor-related metabolites, including sugars, acids, amino acids and volatiles. In the first part, I performed multiple haplotype-based analyses on a tomato core collection. Several approaches were used and compared to identify the genomic regions under selection. Haplotype and SNP-based Bayesian models identified 108 significant associations for 26 traits. Among these associations, some promising candidate genes were identified. I also compared marker local haplotype sharing (mLHS) with LD in determining the candidate regions. In addition, some general benefits of using haplotypes were also provided as general discussions. In the second part, I pioneered in introducing meta-analysis of genome-wide association studies using three tomato association panels. I demonstrated the efficiency of genotype imputation in increasing the genome-wide SNP coverage. Both fixed-effect and random-effect models (for those SNPs with heterogeneity I2 > 25) of meta-analysis were performed in order to control cross-study heterogeneity. A total of 305 significant loci were identified and 211 of which were new. Among them, 24 loci exhibited cis-eQTLs in a previous transcriptome-wide association study in fruit tissue. Enrichment analysis for all associations showed that up to 10 biological processes were significantly enriched and all of which were closely involved in flavor-related metabolites. A list of promising candidate genes was provided, which could be of great interest for functional validation. I also demonstrated the possibility to significantly increase the content of volatiles that positively contribute to consumer preferences while reducing unpleasant volatiles, by selection of the relevant allele combinations. Taken together, this thesis provides a comprehensive knowledge of the genetic control of tomato flavor, which will promote its improvement

Pour lutter contre les agents phytopathogènes, la sélection de plantes résistantes est la stratégie la plus rentable et la plus écologique. Les résistances quantitatives, basées sur des mécanismes de résistances complexes, sont connues pour être sujettes à l’érosion, en cas d’évolution de l’agressivité des agents pathogènes. L’objectif de ce travail basé sur le pathosystème peuplier – rouille du peuplier (Melampsora larici-populina) est d’évaluer le potentiel évolutif des caractères d’agressivité et morphologiques du parasite par des approches de génétique quantitative et d'identifier les bases génétiques par génétique d'association. Pour estimer la plasticité, l’héritabilité et les compromis évolutifs d’un ensemble de caractères quantitatifs, nous avons précisément mesuré leurs variations dans quatre populations contrastées du champignon. Nous avons montré que le volume des spores est un caractère héritable qui évolue rapidement. La quantité de mycélium in planta est aussi héritable mais très conservée car sous sélection stabilisante dans les populations étudiées. Le temps de latence, la taille des lésions et le taux de sporulation présentent une héritabilité faible, ce qui explique l’absence d’évolution observées au cours du temps pour ces trois caractères. Les caractères liés à la fonction de sporulation semblent être les plus plastiques le long d’un gradient de maturité foliaire. Cependant, l’absence de mise en évidence de compromis évolutifs ne nous a pas permis d’identifier des caractères d’agressivité qui seraient les meilleures cibles pour les résistances quantitatives chez le peuplier. Si aucune base génétique de ces caractères quantitatifs n’a été mise en évidence, nous avons localisé un locus d’avirulence potentiel (Avr7) sur lequel une caractérisation fonctionnelle est envisagée
To control plant pathogens, breeding resistant plants is the most cost-effective and ecological strategy. Quantitative resistances, which are based on complex plant mechanisms, are known to be exposed to erosion through an increase of pathogens aggressiveness. Through the study the poplar – poplar rust (Melampsora larici-populina) pathosystem, this work aims to estimate the evolutionary potential of aggressiveness and morphological traits using quantitative genetic approaches and to identify molecular bases through genome-wide association study. To estimate plasticity, heritability, and trade-offs for a set of quantitative traits, we precisely measured their variation in four contrasted pathogen populations. It appeared that spore volume is highly heritable and evolved rapidly. In planta mycelium quantity is also heritable but constant because of stabilizing selection occurring in the studied populations. Latent period, lesion size and sporulation rate exhibit low heritability, which explains the absence of evolution during the studied time period. Traits involved in the sporulating function seem to be the most plastic ones along a leaf maturity gradient. However, the lack of evidence of trade-offs did not allow us to identify aggressiveness traits that would be the best targets for the construction of durable resistance in poplar. No genetic underpinning has been found for quantitative traits, but we have identified a potential avirulence locus (Avr7), opening the way for its functional characterization

Le riz est l'une des céréales les plus importantes au monde. Au Vietnam, le riz est également considéré comme un produit agronomique clé pour l'exportation. Cependant, le stress dû à la sécheresse menace la production de riz de plus en plus fréquemment et sur de plus longues périodes. Les racines coronaires constituent une partie importante du système racinaire du riz et jouent un rôle crucial dans le maintien du rendement en cas de sécheresse. Le nombre de racines coronaires affecte la biomasse de racines et détermine la capacité de la plante à extraire les ressources du sol. Un QTL de NRC, qNCR11, localisé sur le chromosome 11, avait été détecté dans une étude d’association précédente utilisant un panel de riz vietnamiens. Dans notre étude, son effet sur le NCR, léger, a été validé par cartographie de QTL en utilisant une population biparentale . Afin de déterminer les gènes sous-jacents à qNCR11 et régissant l'initiation et le développement des racines coronaires, une étude de séquençage du génome entier et une étude d'expression ont été réalisées. Deux gènes candidats, NCR2 (NBS-LRR) et NCR3 (OsbHLH014) ont été identifiés. NCR2 portait un SNP non synonyme dans son ORF, provoquant un codon stop prématuré corrélé avec un NCR élevé; NCR3 était moins exprimé dans les bases de la tige des plantes à haplotype NCR élevé que chez les plantes à haplotype NCR faible. Des mutations dans ces gènes ont été obtenues à l'aide du système CRISPR / Cas9 et le phénotypage des lignées obtenues est en cours. Le QTL qNCR11 à effet mineur pourrait être utile aux sélectionneurs pour produire des variétés de riz avec un NCR augmenté ou diminué pour les différents écosystèmes-cibles, afin de favoriser l'extraction de l'eau dans des conditions de sécheresse
Rice is one of the most important cereals worldwide. In Vietnam, rice is also known as a key agronomic product for exportation. However, drought stresses threaten rice production with an increasing frequency and for longer periods. Crown roots are a major component of rice root system and play a crucial role in maintaining yield under drought. The number of crown roots (NCR) impacts on root biomass and determines the ability of a plant to acquire soil resources. qNCR11, a QTL for NCR located on chromosome 11, was detected in a previous genome-wide association study using a Vietnamese rice panel. qNCR11 was validated to have a slight effect on NCR by QTL mapping using a biparental population in this study. To determine the genes underlying qNCR11 and governing crown root initiation and development, whole genome sequencing and expression study were performed. Two candidate genes, NCR2 (NBS-LRR) and NCR3 (OsbHLH014) were identified. NCR2 carried a non-synonymous SNP inside its ORF, causing a premature stop-codon that correlates with the high NCR trait; NCR3 was less expressed in stem bases of the high NCR haplotype plants relative to the low NCR haplotype plants. Mutations in these genes were obtained using the CRISPR/Cas9 system and the phenotyping of the obtained lines is on-going. The minor-effect qNCR11 could be useful for breeders to generate rice varieties with increased or decreased NCR for different target agro-systems, in order to enhance water extraction under drought stress

Malgré les moyens importants de prévention et de lutte mis en place ces dernières années, le paludisme reste dévastateur avec près d’un demi-million de décès par an (405 000 en 2018, d'après le dernier rapport de l'OMS). Le rôle clé joué par les facteurs génétiques de l’hôte dans la susceptibilité et la sévérité de la maladie est admis aujourd'hui. Cependant, les bases moléculaires de la sensibilité/résistance au paludisme restent encore mal connues. Ces dix dernières années, les efforts de recherches pour l’identification de gènes impliqués dans la sensibilité au paludisme à P. falciparum se sont concentrés sur les formes graves de paludisme, avec plusieurs plusieurs études d’association sur l’ensemble du génome (Genome-Wide Association Study ou GWAS) publiées. Ce manuscrit porte sur l’extension de cette approche aux formes simples du paludisme, au travers de l’étude d’association génome entier de deux cohortes de nouveau-nés au Sud Bénin (au total 800 enfants), suivis pendant 18-24 mois par l’UMR261 (MERIT IRD/Université de Paris). Dans une première partie nous présentons les résultats de la première GWAS réalisée sur les formes simples de paludisme dans ces deux cohortes. L’association a été testée avec la récurrence des accès palustres et la récurrence de l’ensemble des infections (incluant les accès palustres et les infections asymptomatiques) en prenant en compte un risque environnemental estimé au niveau individuel. Elle met en évidence plusieurs signaux d’association forts, en lien avec des gènes dont la fonction biologique est pertinente pour le paludisme (notamment PTPRT, MYLK4, UROC1 et ACER3). La forte variabilité génétique présente au sein des populations africaines a nécessité de prendre en compte l’effet de confusion potentiel de la structure de population. Dans l’étude les formes simples de paludisme, une approche en deux étapes a été utilisée, le modèle de Cox mixte, utilisé pour l’analyse des données longitudinales, n’étant pas applicable à l’ensemble du génome du fait du temps de calcul nécessaire. Un modèle de Cox mixte a été appliqué pour construire un « effet individuel » ajusté sur les covariables, puis un modèle mixte linéaire pour tester l’association avec les polymorphismes du génome. Ceci nous a conduits à nous intéresser plus généralement aux modèles mixtes non-linéaires. Deux méthodes permettant l’estimation de l’effet des polymorphismes avec le modèle logistique mixte sont proposées, qui pourront être dans le futur généralisé à d’autres modèles, dont le modèle de Cox. Dans une dernière partie, le paludisme ayant constitué une des plus fortes pressions de sélection que l’homme ait connue dans son histoire récente, nous explorons la possibilité d’exploiter l’information de sélection naturelle pour augmenter la puissance de l’analyse, et améliorer la détection des signaux d’association. L’analyse des signaux de sélection positive récente sur l’ensemble du génome a été réalisée avec plusieurs méthodes basées sur les haplotypes longs ((iHS, nsL and XP-EHH). Celle-ci met en évidence plusieurs régions chromosomiques d’intérêt potentiel où les signaux d’association et de sélection co-localisent ; mais confirme également la difficulté à mettre en évidence les signaux de sélection liés au paludisme avec les outils disponibles actuellement
In spite of numerous prevention and control efforts in recent years, malaria remains a major global public health problem with nearly half a million deaths per year (405,000 in 2018). The key role played by genetic factors of the host in the susceptibility and severity of the disease is is admitted nowadays. However, the molecular basis of susceptibility / resistance to malaria has not been elucidated to date. Over the past decade, research efforts to identify genes involved in malaria susceptibility have focused on severe malaria, with several genome-wide association studies (GWAS) published. This manuscript concerns the extension of this approach to uncomplicated forms of malaria, through the genome wide association study of two birth cohorts in South Benin (800 children), followed for 18-24 months by UMR261 (MERIT IRD / University of Paris).In the first part, we present the results of the first GWAS performed on simple forms of malaria in these two cohorts. The association was tested with the recurrence of malaria attacks and the recurrence of all infections (including malaria attacks and asymptomatic infections) taking into account an environmental risk estimated at the individual level. It highlights several strong association signals, linked to genes whose biological function is relevant for malaria (in particular PTPRT, MYLK4, UROC1 and ACER3). The high genetic diversity within African populations has made it necessary to take into account the potential confounding effect of population structure. In this study we proceeded with a two-step strategy as the Cox mixed model, used for the analysis of longitudinal data, is not applicable to the whole genome due to computational burden. In a first step, an analysis was performed with a Cox mixed model to build an "individual effect" fitted on the covariates, then a linear mixed model were used to test the association with genome polymorphisms. This led us to focus more generally on non-linear mixed models. Two methods allowing the estimation of the effect of polymorphisms with the mixed logistic model are proposed, which may in the future be generalized to other models, including the Cox model.In a final part, malaria having been one of the strongest selection pressures that man has known in recent history, we explore the possibility of exploiting natural selection information to increase the power of analysis, and improve the detection of association signals. The analysis of recent positive selection signals were performed using several genome-scan methods focusing on patterns of long-range haplotype homozygosity (iHS, nsL and XP-EHH). This analysis revealed several chromosomic region of potential interest, where the signals of association and selection co-localized but confirms also the difficulty of highlighting the selection signals linked to malaria with tools currently available

Depuis la domestication du pommier, l’homme a progressivement sélectionné des variétés plus performantes, notamment pour la qualité du fruit, la productivité ou la résistance aux pathogènes. Les bases génétiques de ces caractères ont été explorées par cartographie en descendances F1 ne permettant d’explorer qu’une infime partie de la diversité génétique disponible.L’objectif de la thèse portait sur l’analyse des bases génétiques de caractères de qualité du fruit et de résistance du pommier à la tavelure et au feu bactérien dans des collections représentant une diversité plus large. Le génotypage de core collections de variétés anciennes s’est fait à l’aide de deux puces 8k et 480kSNPs ou grâce à du ré-séquençage de gènes. Des traces de différenciation génétique entre pommes à cidre et à couteau ont été identifiées et partiellement reliées à la voie des polyphénols. Après analyse de l’étendue du déséquilibre de liaison à large et fine échelle, une approche de génétique d’association a permis l’identification de régions génomiques associées à la variation de plusieurs caractères de qualité du fruit, dont le haut du groupe de liaison 16 rassemblant l’acidité (locus Ma), la fermeté, la jutosité et l’amertume (gène LAR). Pour la résistance au feu bactérien, une région contenant un homologue du gèneNPR1 (activateur de défenses) a été identifiée.Cette thèse a ainsi permis de préciser la localisation potentielle de QTLs identifiés préalablement par cartographie génétique et d’identifier de nouvelles ressources utiles dans de futurs programmes de sélection assistée par marqueurs
Since apple domestication, humans have progressively selected improved varieties, especially for traits linked with fruit quality, productivity or resistance to pathogens. The genetic bases underlying these traits have been explored thanks to genetic mapping in F1 segregating populations that only allows the study of a small part of the available genetic diversity. The aim of this work was to analyze the genetic bases of fruit quality and disease resistance against apple scab and fire blight, in collections of old apple varieties representing a much larger diversity. Genotyping of core collections was performed either with arrays of 8k and 480k SNPs or by resequencing of chosen genes. Signs of genetic differentiation were identified between cider and dessert apples and were partially linked to the polyphenols pathway. After studying linkage disequilibrium, both on a large and a small scale, an association genetics approach allowed the identification of genomic regions associated with the variation of several fruit quality traits. Especially, the top of linkage group 16 was found to be linked with acidity (locus Ma), firmness, juiciness and bitterness (LAR gene). Concerning the resistance of apple to fire blight, a region containing a homolog of the NPR1 gene (defense activator) was identified. This thesis allowed the refining of the putative localization of previously identified QTLs and the identification of new genetic resources that could be useful in future selection programs using marker assisted selection

Pour lutter contre les agents phytopathogènes, la sélection de plantes résistantes est la stratégie la plus rentable et la plus écologique. Les résistances quantitatives, basées sur des mécanismes de résistances complexes, sont connues pour être sujettes à l’érosion, en cas d’évolution de l’agressivité des agents pathogènes. L’objectif de ce travail basé sur le pathosystème peuplier – rouille du peuplier (Melampsora larici-populina) est d’évaluer le potentiel évolutif des caractères d’agressivité et morphologiques du parasite par des approches de génétique quantitative et d'identifier les bases génétiques par génétique d'association. Pour estimer la plasticité, l’héritabilité et les compromis évolutifs d’un ensemble de caractères quantitatifs, nous avons précisément mesuré leurs variations dans quatre populations contrastées du champignon. Nous avons montré que le volume des spores est un caractère héritable qui évolue rapidement. La quantité de mycélium in planta est aussi héritable mais très conservée car sous sélection stabilisante dans les populations étudiées. Le temps de latence, la taille des lésions et le taux de sporulation présentent une héritabilité faible, ce qui explique l’absence d’évolution observées au cours du temps pour ces trois caractères. Les caractères liés à la fonction de sporulation semblent être les plus plastiques le long d’un gradient de maturité foliaire. Cependant, l’absence de mise en évidence de compromis évolutifs ne nous a pas permis d’identifier des caractères d’agressivité qui seraient les meilleures cibles pour les résistances quantitatives chez le peuplier. Si aucune base génétique de ces caractères quantitatifs n’a été mise en évidence, nous avons localisé un locus d’avirulence potentiel (Avr7) sur lequel une caractérisation fonctionnelle est envisagée
To control plant pathogens, breeding resistant plants is the most cost-effective and ecological strategy. Quantitative resistances, which are based on complex plant mechanisms, are known to be exposed to erosion through an increase of pathogens aggressiveness. Through the study the poplar – poplar rust (Melampsora larici-populina) pathosystem, this work aims to estimate the evolutionary potential of aggressiveness and morphological traits using quantitative genetic approaches and to identify molecular bases through genome-wide association study. To estimate plasticity, heritability, and trade-offs for a set of quantitative traits, we precisely measured their variation in four contrasted pathogen populations. It appeared that spore volume is highly heritable and evolved rapidly. In planta mycelium quantity is also heritable but constant because of stabilizing selection occurring in the studied populations. Latent period, lesion size and sporulation rate exhibit low heritability, which explains the absence of evolution during the studied time period. Traits involved in the sporulating function seem to be the most plastic ones along a leaf maturity gradient. However, the lack of evidence of trade-offs did not allow us to identify aggressiveness traits that would be the best targets for the construction of durable resistance in poplar. No genetic underpinning has been found for quantitative traits, but we have identified a potential avirulence locus (Avr7), opening the way for its functional characterization

L'essor des marqueurs moléculaires (SNPs) a révolutionné les méthodes de génétique quantitative en permettant l'identification de régions impliquées dans le déterminisme génétique des caractères (QTLs) via la génétique d'association (GWAS), ou encore la prédiction des performances d'individus sur la base de leur information génomique (GS). La stratification des populations en groupes génétiques est courante en sélection animale et végétale. Cette structure peut impacter les méthodes de GWAS et de GS via des différences de fréquence et d'effets des allèles des QTL, ainsi que par des différences de déséquilibre de liaison (LD) entre SNP et QTL selon les groupes.Pendant cette thèse, deux panels de diversité de maïs ont été utilisés, présentant des niveaux différents de structuration: le panel “Amaizing Dent” représentant les lignées dentées utilisées en Europe et le panel “Flint-Dent” incluant des lignées dentées, cornées européennes, ainsi que des lignées admixées entre ces deux groupes.En GS, l'impact de la structure génétique sur la qualité des prédictions a été évalué au sein du premier panel pour des caractères de productivité et de phénologie. Cette étude a mis en évidence l'intérêt d'une population d'entraînement (TS) dont la constitution en matière de groupes génétiques est similaire à celle de la population à prédire. Assembler les différents groupes au sein d'un TS multi-groupe apparaît comme une solution efficace pour prédire un large spectre de diversité génétique. Des indicateurs a priori de la précision des prédictions génomiques, basés sur le coefficient de détermination, ont également été évalués, mettant en évidence une efficacité variable selon le groupe et le caractère étudié.Une nouvelle méthodologie GWAS a ensuite été développée pour étudier l'hétérogénéité des effets capturés par les SNPs selon les groupes. L'intégration des individus admixés à l'analyse permet de séparer les effets des facteurs responsables de l'hétérogénéité des effets alléliques: différence génomique locale (liée au LD ou à une mutation spécifique d'un groupe) ou interactions épistatiques entre le QTL et le fonds génétique. Cette méthodologie a été appliquée au panel “Flint-Dent” pour la précocité de floraison. Des QTL ont été détéctés comme présentant des effets groupe-spécifiques interagissant ou non avec le fonds génétique. De nombreux QTL présentant un profil original ont pu être mis en évidence, incluant des locus connus tels que Vgt1, Vgt2 ou Vgt3. Une importante épistasie directionnelle a aussi été mise en évidence grâce aux individus admixés, confortant l'existence d'interactions épistatiques avec le fonds génétique pour ce caractère.Sachant l'existence de cette hétérogénéité d’effets alléliques, nous avons développé deux modèles de prédictions génomiques nommées Multi-group Admixed GBLUP (MAGBLUP). Ceux-ci modélisent des effets groupe-spécifiques aux QTLs et sont adaptés à la prédiction d'individus admixés. Le premier permet d'identifier la variance génétique additionnelle créée par l'admixture (variance de ségrégation), alors que le second permet d'évaluer le degré de conservation des effets alléliques entre groupes. Ces deux modèles ont montré un intérêt certain par rapport à des modèles standards pour prédire des caractères simulés, mais plus limité sur des caractères réels.Enfin, l'intérêt des individus admixés dans la constitution de TS multi-groupes a été évalué à l'aide du second panel. Si leur intérêt a clairement été mis en évidence pour des caractères simulés, des résultats plus variables ont été observés avec les caractères réels, pouvant s'expliquer par la présence d'interactions avec le fonds génétique.Les nouvelles méthodes et l'utilisation d'individus admixés ouvrent des pistes de recherches intéressantes pour les études de génétique quantitative en population structurée
The advent of molecular markers (SNPs) has revolutionized quantitative genetics methods by enabling the identification of regions involved in the genetic determinism of traits (QTLs) thanks to association studies (GWAS), or the prediction of the performance of individuals using genomic information (GS). The stratification of populations into genetic groups is common in animal and plant breeding. This structure can impact GWAS and GS methods through group differences in QTL allele frequencies and effects, as well as in linkage disequilibrium (LD) between SNP and QTL.During this thesis, two maize diversity panels were used, presenting different levels of structuration: the "Amaizing Dent" panel representing the diversity of dent lines used in Europe and the "Flint-Dent" panel including dent, flint and admixed lines between these two groups.In GS, the impact of genetic structure on genomic prediction accuracy was evaluated in the first panel for productivity and phenology traits. This study highlighted the interest of a training population (TS) whose constitution in terms of genetic groups is similar to that of the population to be predicted. Assembling the different groups within a multi-group TS appears as an effective solution to predict a broad spectrum of genetic diversity. A priori indicators of genomic prediction accuracy, based on the coefficient of determination, were also evaluated and highlighted a variable efficiency depending on the group and the trait.A new GWAS methodology was then developed to study the heterogeneity of the allele effects captured by SNPs depending on the group. The integration of admixed individuals to such analyses allows to disentangle the factors causing the heterogeneity of allele effects across groups: local genomic difference (related to LD or group-specific mutation) or epistatic interactions between the QTL and the genetic background. This methodology was applied to the "Flint-Dent" panel for flowering time. QTLs have been detected as presenting group-specific effects interacting or not with the genetic background. QTLs with an original profile have been highlighted, including known loci such as Vgt1, Vgt2 or Vgt3. Significant directional epistasis has also been demonstrated using admixed individuals and supported the existence of epistatic interactions with the genetic background for this trait.Based on the existence of such heterogeneity of allele effects, we have developed two genomic prediction models named Multi-group Admixed GBLUP (MAGBLUP). Both model group-specific QTL effects and are suited to the prediction of admixed individuals. The first allows the identification the additional genetic variance created by the admixture (segregation variance), while the second allows the evaluations of the degree of conservation of SNP allele effects across groups. These two models showed a certain interest compared to standard models to predict simulated traits, but it was more limited on real traits.Finally, the interest of admixed individuals in multi-group TS was evaluated using the second panel. Although their interest has been clearly demonstrated for simulated traits, more variable results have been observed with the real traits, which can be explained by the presence of interactions with the genetic background.The new methods and the use of admixed individuals open interesting lines of research for quantitative genetics studies in structured population