Effect of polyploidy on the expression of agronomic traits in Miscanthus sinensis / Solenne Volant (2022)

Public ISBD Titre : Effect of polyploidy on the expression of agronomic traits in Miscanthus sinensis : Field comparison of three genotypes for diploid and tetraploid versions Titre original : L’effet de la polyploïdie sur l’expression des caractères agronomiques chez Miscanthus sinensis Type de document : Memoire (MFE) Auteurs : Solenne Volant, Auteur ; Perrine Vandenbroucke, Directeur de thèse Editeur : Lyon ; Avignon : Isara Année de publication : 2022 Importance : 47 p. Langues : Anglais (eng) Catégories : [Motbis 2025] biomasse [Motbis 2025] génome Note de contenu : Face à l’épuisement des ressources énergétiques fossiles et une demande sociétale croissante pour la réduction des impacts environnementaux et la lutte contre le réchauffement climatique, il est urgent de trouver de nouvelles sources d’énergies renouvelables. L’une des solutions est d’avoir recours aux cultures dédiées pour la production de biomasse, telles que le sorgho ou le miscanthus. Originaire d’Asie, le miscanthus est une graminée pérenne dotée d’un métabolisme photosynthétique de type C4 qui lui permet de produire de très grandes quantités de biomasse tout en ne nécessitant pas d’intrant. Aujourd’hui, la seule espèce cultivée est l’hybride interspécifique M. x giganteus. Bien que ce dernier fournisse de très bons rendements, il est peu adapté à certains débouchés pour la transformation et ne résiste pas beaucoup aux températures froides du Nord, ni à la sécheresse. Par ailleurs, il est dangereux de laisser reposer la production de nombreux pays sur un seul clone, le risque étant de tout perdre si une maladie ou un ravageur s’y attaque. Pour répondre à ces enjeux, des recherches sont menées à INRAE depuis 2006 dans le but d’élargir l’offre variétale du miscanthus. L’intérêt se porte sur une autre espèce : Miscanthus sinensis, qui présente naturellement une grande diversité mais produit moins de biomasse que M. x giganteus. Afin d’augmenter les rendements de M. sinensis, il est possible de polyploïdiser les plantes en utilisant des techniques de culture in vitro. En d’autres termes, il s’agit d’augmenter le nombre de chromosomes des cellules en bloquant certains mécanismes de la méiose. Dans cette étude, nous nous sommes focalisés sur l’impact de la tétraploïdisation (passage de 2x à 4x chromosomes) sur les rendements de trois génotypes de M. sinensis. L’hypothèse de recherche était que le niveau de ploïdie pouvait impacter l’expression des caractères agronomiques chez M. sinensis. Afin de tester cette hypothèse, nous avons comparé les versions diploïdes et tétraploïdes de trois génotypes de M. sinensis. L’essai a été réalisé dans des conditions réelles de plein champ et était basé sur le domaine expérimental d’Estrées-Mons situé dans les Hauts-de-France. Les plantes ont été disposées selon un split-plot design et les données de deux années culturales consécutives, correspondant à la troisième et quatrième années des plantes après implantation, ont été exploitées. C’est la première fois qu’une étude sur l’impact de la polyploïdisation du M. sinensis a été menée sur des plantes d’âge mature et, qui plus est, en conditions réelles de culture. Nos résultats ont montré que la tétraploïdisation a permis d’augmenter les niveaux de production de biomasse pour un seul des trois génotypes étudiés : PUNK. L’effet de la tétraploïdisation sur les rendements du M. sinensis dépend donc des génotypes. En moyenne, les plantes tétraploïdes ont produit 3.4 % plus de biomasse que les plantes diploïdes, et plus d’un tiers de biomasse en plus pour le génotype PUNK : un gain non négligeable. Qui plus est, nous n’avons pas observé de différences significatives des niveaux de production entre les deux années. Cela signifie que les niveaux de production semblent se stabiliser pour des plantes d’âge mature. Par ailleurs, l’étude des composantes de la biomasse a révélé que la tétraploïdisation a impacté positivement l’épaisseur des tiges des plantes. En moyenne, la section des tiges a été augmentée de 16.5 % pour les plantes tétraploïdes. Cependant, ces dernières possédaient moins de tiges que leurs versions diploïdes (- 7 %). En explorant la littérature, nous avons mis en lumière un possible phénomène de compétition intra-plante pour les ressources qui aurait entraîné une régression des petites tiges chez les plantes tétraploïdes. Il serait intéressant d’approfondir cette hypothèse dans des recherches futures. Par ailleurs, l’observation des dates d’épiaison des plantes en 2020 nous a prouvé qu’il existait un retard d’environ une semaine chez les versions tétraploïdes. Là encore, nos résultats concordent avec les observations d’autres scientifiques. Pour conclure, cette étude nous a apporté la preuve que la polyploïdisation du M. sinensis en vue d’obtenir de plus forts rendements ne fonctionnait que pour certains génotypes et mis en lumière des différences entre plantes diploïdes et tétraploïdes dans la façon de produire leur biomasse. Ainsi, cette étude ouvre la porte à de futures observations, notamment en ce qui concerne la régression des tiges et la composition de la biomasse des plantes tétraploïdes. Organisme demandeur : INRAE Effect of polyploidy on the expression of agronomic traits in Miscanthus sinensis = L’effet de la polyploïdie sur l’expression des caractères agronomiques chez Miscanthus sinensis : Field comparison of three genotypes for diploid and tetraploid versions [Memoire (MFE)] / Solenne Volant, Auteur ; Perrine Vandenbroucke, Directeur de thèse . - Lyon ; Avignon : Isara, 2022 . - 47 p. Langues : Anglais (eng) Catégories : [Motbis 2025] biomasse [Motbis 2025] génome Note de contenu : Face à l’épuisement des ressources énergétiques fossiles et une demande sociétale croissante pour la réduction des impacts environnementaux et la lutte contre le réchauffement climatique, il est urgent de trouver de nouvelles sources d’énergies renouvelables. L’une des solutions est d’avoir recours aux cultures dédiées pour la production de biomasse, telles que le sorgho ou le miscanthus. Originaire d’Asie, le miscanthus est une graminée pérenne dotée d’un métabolisme photosynthétique de type C4 qui lui permet de produire de très grandes quantités de biomasse tout en ne nécessitant pas d’intrant. Aujourd’hui, la seule espèce cultivée est l’hybride interspécifique M. x giganteus. Bien que ce dernier fournisse de très bons rendements, il est peu adapté à certains débouchés pour la transformation et ne résiste pas beaucoup aux températures froides du Nord, ni à la sécheresse. Par ailleurs, il est dangereux de laisser reposer la production de nombreux pays sur un seul clone, le risque étant de tout perdre si une maladie ou un ravageur s’y attaque. Pour répondre à ces enjeux, des recherches sont menées à INRAE depuis 2006 dans le but d’élargir l’offre variétale du miscanthus. L’intérêt se porte sur une autre espèce : Miscanthus sinensis, qui présente naturellement une grande diversité mais produit moins de biomasse que M. x giganteus. Afin d’augmenter les rendements de M. sinensis, il est possible de polyploïdiser les plantes en utilisant des techniques de culture in vitro. En d’autres termes, il s’agit d’augmenter le nombre de chromosomes des cellules en bloquant certains mécanismes de la méiose. Dans cette étude, nous nous sommes focalisés sur l’impact de la tétraploïdisation (passage de 2x à 4x chromosomes) sur les rendements de trois génotypes de M. sinensis. L’hypothèse de recherche était que le niveau de ploïdie pouvait impacter l’expression des caractères agronomiques chez M. sinensis. Afin de tester cette hypothèse, nous avons comparé les versions diploïdes et tétraploïdes de trois génotypes de M. sinensis. L’essai a été réalisé dans des conditions réelles de plein champ et était basé sur le domaine expérimental d’Estrées-Mons situé dans les Hauts-de-France. Les plantes ont été disposées selon un split-plot design et les données de deux années culturales consécutives, correspondant à la troisième et quatrième années des plantes après implantation, ont été exploitées. C’est la première fois qu’une étude sur l’impact de la polyploïdisation du M. sinensis a été menée sur des plantes d’âge mature et, qui plus est, en conditions réelles de culture. Nos résultats ont montré que la tétraploïdisation a permis d’augmenter les niveaux de production de biomasse pour un seul des trois génotypes étudiés : PUNK. L’effet de la tétraploïdisation sur les rendements du M. sinensis dépend donc des génotypes. En moyenne, les plantes tétraploïdes ont produit 3.4 % plus de biomasse que les plantes diploïdes, et plus d’un tiers de biomasse en plus pour le génotype PUNK : un gain non négligeable. Qui plus est, nous n’avons pas observé de différences significatives des niveaux de production entre les deux années. Cela signifie que les niveaux de production semblent se stabiliser pour des plantes d’âge mature. Par ailleurs, l’étude des composantes de la biomasse a révélé que la tétraploïdisation a impacté positivement l’épaisseur des tiges des plantes. En moyenne, la section des tiges a été augmentée de 16.5 % pour les plantes tétraploïdes. Cependant, ces dernières possédaient moins de tiges que leurs versions diploïdes (- 7 %). En explorant la littérature, nous avons mis en lumière un possible phénomène de compétition intra-plante pour les ressources qui aurait entraîné une régression des petites tiges chez les plantes tétraploïdes. Il serait intéressant d’approfondir cette hypothèse dans des recherches futures. Par ailleurs, l’observation des dates d’épiaison des plantes en 2020 nous a prouvé qu’il existait un retard d’environ une semaine chez les versions tétraploïdes. Là encore, nos résultats concordent avec les observations d’autres scientifiques. Pour conclure, cette étude nous a apporté la preuve que la polyploïdisation du M. sinensis en vue d’obtenir de plus forts rendements ne fonctionnait que pour certains génotypes et mis en lumière des différences entre plantes diploïdes et tétraploïdes dans la façon de produire leur biomasse. Ainsi, cette étude ouvre la porte à de futures observations, notamment en ce qui concerne la régression des tiges et la composition de la biomasse des plantes tétraploïdes. Organisme demandeur : INRAE

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