STAGE M2/INGÉNIEUR-E : DIVERSITÉ GÉNÉTIQUE MAÏS"

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Présentation INRAE

L’Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (INRAE) est un établissement public de recherche rassemblant une communauté de travail de 12 000 personnes, avec 272 unités de recherche, de service et expérimentales, implantées dans 18 centres sur toute la France. INRAE se positionne parmi les tout premiers leaders mondiaux en sciences agricoles et alimentaires, en sciences du végétal et de l’animal. Ses recherches visent à construire des solutions pour des agricultures multi-performantes, une alimentation de qualité et une gestion durable des ressources et des écosystèmes.

UMR320 Génétique Quantitative Évolution -Le Moulon, IDEEV, 12 route 128, GIF-SUR-YVETTE, FRANCE. Stage réalisé en collaboration avec la société MAS Seeds. Au cours du stage, une rencontre dans les locaux de la société MAS Seeds (Mont-de-Marsan) sera organisée afin de permettre à l’étudiant d’avoir une vision de la conduite d’un programme de sélection, de mieux comprendre le contexte du stage pour un sélectionneur privé et de présenter ses résultats.

Encadrement : GQE-Le Moulon : Laurence Moreau (laurence.moreau@inrae.fr), Alain Charcosset, (alain.charcosset@inrae.fr), Sarah Ben-Sadoun (sarah.ben-sadoun@agroparistech.fr), Cyril Bauland (cyril.bauland@inrae.fr), MAS Seeds :  Amélie Le Foll (lefoll@maisadour.com>)

Environnement de travail, missions et activités

La recherche de sources de diversité génétique pertinentes et leur introduction dans les programmes de sélection constituent un enjeu majeur pour maintenir l’efficacité à long terme de la sélection et permettre l’adaptation des critères de sélection à de nouveaux enjeux liés au changement climatique et à l’évolution des pratiques culturales. Différentes sources de diversité peuvent être envisagées pour enrichir un programme élite (cf. typologie Sanchez et al., 2023). Des travaux conduits par simulations par GQE-Le Moulon (Allier et al. 2020 ; Sanchez et al., 2023) ont montré que le succès d’un programme d’introduction dépend de l’écart de performance entre les génotypes élites et les donneurs de diversité et de la capacité à identifier les donneurs les plus intéressants pour complémenter le matériel élite. Différentes approches peuvent être envisagées pour choisir les donneurs, basées sur leur performance agronomique, ou des critères basés sur des prédictions génomiques permettant de prendre en compte la complémentarité avec le matériel élite le long du génome (Sanchez et al., 2023).

Dans le cas des espèces allogames comme le maïs, les schémas de sélection ont pour objectif de produire des variétés hybrides obtenues en croisant deux lignées non apparentées.  Ce processus nécessite de gérer la complémentarité entre pools génétiques complémentaires (dits groupes hétérotiques) pour prévenir la consanguinité des hybrides intergroupes. L’existence de ces groupes hétérotiques, en grande partie façonnés par un siècle de sélection hybride moderne, limite les flux de gènes entre groupes et les possibilités d’introduction de ressources génétiques anciennes (issues de variétés populations anciennes, cultivées avant l’arrivée des hybrides) ou de sources de diversité crées à partir d’hybrides commerciaux. Le système de protection des variétés hybrides aux Etats-Unis (« Patent Variety Protection » ou « pvp ») interdit l’utilisation les hybrides en sélection. Une fois la protection expirée après 20 ans, les lignées parentales des hybrides deviennent accessibles (lignées dites « ex-PVP ») et constituent une source de diversité potentielle, certes ancienne, mais qui correspond à des lignées qui ont eu un succès commercial. Le système de protection UPOV, utilisé notamment en France, repose sur la protection des hybrides dont les lignées parentales ne sont pas accessibles, mais permet aux sélectionneurs d’utiliser les variétés hybrides en cours de commercialisation comme source de diversité dans leurs programmes de sélection (« exception du sélectionneur »). Ces deux systèmes de protection posent donc des questions intéressantes en termes d’accessibilité à la diversité génétique. Le choix entre ces deux sources de diversité illustre le « trade-off » entre (i) l’âge du matériel, à l‘avantage des hybrides commerciaux plus récents, et (ii) son positionnement dans les groupes hétérotiques bien établis aux USA et en Europe, à l’avantage des lignées ex PVP qui appartiennent en général à un groupe clairement identifié.

Objectifs

Les objectifs du stage sont (i) d’évaluer le progrès génétique et l’évolution de la divergence entre groupes hétérotiques au cours du temps dans un programme élite (ii) d’évaluer l’intérêt relatif de différentes sources de diversité (ex-PVP récentes, lignées issues d’hybrides commerciaux, lignées anciennes, lignées dérivées récemment de populations traditionnelles) et (ii) d’identifier les donneurs les plus pertinents pour enrichir la diversité de deux groupes hétérotiques complémentaires en considérant différents critères. Le stage repose sur l’analyse d’un panel de lignées, évaluées pour leur performances hybrides, dévolu à la détection de donneurs apportant des fragments chromosomiques supérieurs à ceux déjà présents dans les pools élites en cours de sélection.

Matériel végétal :

Un panel de 400 lignées a été assemblé en concertation entre MAS Seeds, INRAE et Agri Obtentions (filiale de INRAE en charge de ses obtentions végétales). Il comprend des lignées de différentes origines (lignées publiques et lignées MAS Seeds) correspondant à différentes périodes de sélection et couvrant les deux systèmes de protections (USA versus UPOV).

Ce panel a été croisé à deux testeurs MAS Seeds appartenant à deux groupes hétérotiques complémentaires. Les hybrides ainsi obtenus (800) ont été évalués conjointement par MAS Seeds et INRAE sur un total de 3 essais entre 2024 et 2025. En complément, l’étudiant aura accès aux données d’un factoriel évalué sur un réseau multi essais par MAS Seeds.

L’ensemble du matériel a été génotypé et environ 20K SNP seront accessibles pour cette étude.

Analyses :

Au cours du stage, l’étudiant réalisera :

-L’analyse des données de génotypage pour étudier la diversité dans le panel et de positionner la diversité présente dans le matériel MAS Seeds par rapport aux donneurs potentiels de diversité et d’estimer des matrices de distance génétique qui seront utilisées pour la prédiction génomique. Ces données permettront également d’estimer un coefficient de consanguinité des hybrides.

-Le traitement des données phénotypique brutes des différents essais afin de corriger pour des éventuelles hétérogénéités de terrain, d’estimer des composantes de la variance (G, GxE…) et de réaliser la décomposition des performances hybrides en AGC et ASC.

-L’estimation de l’évolution du niveau génétique élite au cours du temps (série longue allant des lignées historiques jusqu’aux lignées MAS Seeds plus récentes) qui permettra de répondre aux questions suivantes : à quelle vitesse évolue l’écart de performances entre donneurs et matériel élite en fonction du nombre de cycles de sélection qui les séparent ? Comment s’est mise en place l’aptitude spécifique à la combinaison au cours du temps ? Ce travail sera réalisé en prenant en compte la covariable de consanguinité estimée sur la base des marqueurs moléculaires (cf. Larièpe et al., 2017 ; Roth et al., 2022).

-La comparaison des systèmes de protection variétale grâce à l’étude du matériel issue des deux systèmes de protection USA e UPOV. 

-La calibration de modèles de prédiction génomique pour évaluer la capacité de tels modèles pour détecter des donneurs d’intérêt.

-La visualisation de la valeur des haplotypes (mis en évidence avec une méthode à déterminer) le long du génome pour l’aptitude à la combinaison avec chacun des deux groupes.

-L’ensemble du travail permettra de faire une préconisation d’haplotypes issus de donneurs à introgresser dans les deux populations élites de MAS Seeds.

Bibliographie

Allier, A., Teyssèdre, S., Lehermeier, C., Claustres B., Maltese S., Melkior, Moreau L., Charcosset A. (2019) Assessment of breeding programs sustainability: application of phenotypic and genomic indicators to a North European grain maize program. Theor Appl Genet 132, 1321–1334. https://doi.org/10.1007/s00122-019-03280

Larièpe A., L. Moreau, J. Laborde, C. Bauland, S. Mezmouk, et al., 2016 General and specific combining abilities in a maize (Zea mays L.) test-cross hybrid panel: relative importance of population structure and genetic divergence between parents. Theor. Appl. Genet. https://doi.org/10.1007/s00122-016-2822-z

Roth M., Beugnot A., Mry-Huard T., Moreau l., Charcosset A, Fievet J., 2022 Improving genomic predictions with inbreeding and nonadditive effects in two admixed maize hybrid populations in single and multienvironment contexts, Genetics 220  https://doi.org/10.1093/genetics/iyac018

Sanchez D., Ben Sadoun S, Mary-Huard T, Allier A., Moreau L,  Charcosset A. (2023) Improving the use of plant genetic resources to sustain breeding programs’ efficiency. PNAS Vol. 120  No. 14  e2205780119.  https://doi.org/10.1073/pnas.2205780119

Formations et compétences recherchées

Le/la stagiaire devra présenter une forte motivation pour la génétique quantitative, pour l'analyse de données et les statistiques ainsi qu'une connaissance du logiciel R.

Votre qualité de vie à INRAE

En rejoignant INRAE, vous bénéficiez (selon le type de contrat et sa durée) :

-  jusqu'à 30 jours de congés + 15 RTT par an (pour un temps plein)
- d'un soutien à la parentalité : CESU garde d'enfants, prestations pour les loisirs ;
- de dispositifs de développement des compétences : formation, conseil en orientation professionnelle ;
- d'un accompagnement social : conseil et écoute, aides et prêts sociaux ;
- de prestations vacances et loisirs : chèque-vacances, hébergements à tarif préférentiel ;
- d'activités sportives et culturelles ;
- d'une restauration collective.

Modalités pour postuler

J'envoie mon CV et ma lettre de motivation