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International audience; L'utilisation des marqueurs moléculaires en amélioration des plantes permet d'améliorer la prédiction sur la valeur génétique des génotypes. De nombreux travaux de génétique ont tenté de calculer le supplément de progrès génétique qu'il serait possible d'atteindre. Les estimations proposées sont cependant imparfaites car le coût supplémentaire lié au marquage moléculaire n'est pas pris en compte correctement. Cet article propose une méthode pour pallier cette insuffisance. Pour la plupart des schémas envisagés dans la littérature scientifique, il est possible de voir que le coût relatif actuel du marquage moléculaire est généralement trop élevé pour que la sélection assistée par marqueur devienne intéressante. L'article conclut en proposant un certain nombre de schémas de sélection plus favorables à étudier par la suite.

*INRA Station de génétique végétale, Ferme du Moulon, Gif-sur-Yvette 91

In many areas around the world, maize (Zea Mays L.) crops are affected by root lodging. Several authors have previously shown that associations of root and shoot traits enabled the prediction of the resistance of genotypes to root lodging. In this preliminary attempt to understand the genetics of these traits, a set of 100 recombinant inbred lines from a cross between élite lines ’F2’ (early, susceptible to root lodging) and ’Io’ (late, lodging resistant) was considered. This population was characterised for 152 RFLP loci and root system traits in one location and for 2 years. QTLs were mapped using the average over years. Genetic and environmental correlations, together with co-localisation of QTLs for several traits, revealed genetic linkages, and some probable pleiotropic effects, which could be interpreted in terms of within-plant growth competition phenomena. The identification, on chromosome 5, of groups of loci involved in the control of the growth of the root system could help select against root lodging. (© Inra/Elsevier, Paris.); Dans de nombreuses régions du monde, la verse en végétation peut porter préjudice à la rentabilité de la culture de maïs. Plusieurs auteurs ont mis en évidence que des caractéristiques aériennes et racinaires, considérées ensemble, sont déterminantes dans la variation de la résistance. Dans une première approche, les caractères impliqués dans la résistance à la verse sont analysés génétiquement dans un lieu sur deux années, à partir de 100 lignées recombinantes issues du croisement de ’F2’ et ’Io’. À l’aide de 152 marqueurs RFLP, les QTL sont recherchés sur la moyenne des deux années. À partir des corrélations génétiques et environnementales ou à partir de la co-localisation des QTL, des linkages et des effets pléiotropiques entre les caractères sont révélés. La mise en évidence, sur le chromosome 5, de groupes de locus impliqués dans la croissance du système racinaire pourrait faciliter la sélection de génotypes résistants à la verse en végétation. (© Inra/Elsevier, Paris.)

In many areas around the world, maize (Zea Mays L.) crops are affected by root lodging. Several authors have previously shown that associations of root and shoot traits enabled the prediction of the resistance of genotypes to root lodging. In this preliminary attempt to understand the genetics of these traits, a set of 100 recombinant inbred lines from a cross between élite lines ’F2’ (early, susceptible to root lodging) and ’Io’ (late, lodging resistant) was considered. This population was characterised for 152 RFLP loci and root system traits in one location and for 2 years. QTLs were mapped using the average over years. Genetic and environmental correlations, together with co-localisation of QTLs for several traits, revealed genetic linkages, and some probable pleiotropic effects, which could be interpreted in terms of within-plant growth competition phenomena. The identification, on chromosome 5, of groups of loci involved in the control of the growth of the root system could help select against root lodging. (© Inra/Elsevier, Paris.); Dans de nombreuses régions du monde, la verse en végétation peut porter préjudice à la rentabilité de la culture de maïs. Plusieurs auteurs ont mis en évidence que des caractéristiques aériennes et racinaires, considérées ensemble, sont déterminantes dans la variation de la résistance. Dans une première approche, les caractères impliqués dans la résistance à la verse sont analysés génétiquement dans un lieu sur deux années, à partir de 100 lignées recombinantes issues du croisement de ’F2’ et ’Io’. À l’aide de 152 marqueurs RFLP, les QTL sont recherchés sur la moyenne des deux années. À partir des corrélations génétiques et environnementales ou à partir de la co-localisation des QTL, des linkages et des effets pléiotropiques entre les caractères sont révélés. La mise en évidence, sur le chromosome 5, de groupes de locus impliqués dans la croissance du système racinaire pourrait faciliter la sélection de génotypes résistants à la verse en végétation. (© Inra/Elsevier, Paris.)

The pyramidal recurrent selection system which is presented for breeding maize silage is designed to enhance variety development by preparing elite populations. From an early synthetic dent, two synthetics were developed: the ’base’ synthetic with a low selection rate and the ’elite’ synthetic with a high selection rate. Two cycles of recurrent selection with tester were achieved through this system, using multitrait selection with one-year evaluation of dry matter yield and dry matter content in three locations. The mean of ’elite’ synthetic was 2.7 % better than ’base’ synthetic for drymatter yield in the second cycle. Genetic variance of ’elite’ synthetic appeared to be about 50 % of that of ’base’ population for dry matter yield in cycle 2 and for dry matter content in both cycles. Genotype x environment interaction variance was the same for both types of populations. Thus, strong differences in genetic variances were associated to relatively small differences in means. Results are discussed in terms of the effects of selection intensity, multitrait selection and genetic drift. (© Inra/Elsevier, Paris.); Un schéma de sélection récurrente pyramidale est proposé pour le maïs ensilage afin de favoriser les sorties vers la création variétale. Partant d’une synthétique dentée précoce, deux synthétiques ont été développées : une synthétique de « base » conduite à une faible intensité de sélection et une synthétique « élite » conduite à forte intensité de sélection. Selon ce schéma, deux cycles de sélection récurrente avec testeur ont été réalisés avec, pour chaque cycle, une année d’évaluation dans trois lieux du rendement en matière sèche et de la teneur en matière sèche. Au second cycle, le rendement du niveau élite a été supérieur de 2,7 % à celui du niveau base. La variance génétique du niveau « élite » est apparue nettement plus faible (50 %) que pour le niveau « base » au deuxième cycle pour le rendement et dans les deux cycles pour la teneur en matière sèche. La variance d’interaction génotype x environnement a été la même pour les deux populations. Les résultats sont discutés en termes d’effets de l’intensité de la sélection, de la sélection multicaractère et de la dérive génétique. (© Inra/Elsevier, Paris.)

Several statistical ways of predicting the performance of maize hybrids are compared in the framework of silage performances available from a 21 x 21 complete half diallel mating design. Each inbred was characterized by different kind of loci (142 in total). Four types of models were considered: (i) using Roger's multilocus distance a s covariate in the expectation of SCA (specific combining ability), (ii) using different subsets of PCA scores obtained from marker data in factorial regression equations and (iii) calculating BLUP for SCA introducing a covariance matrix for a random SCA term, based on Roger's multilocus distance. The additive model (no SCA) was included as control of the efficiency of the marker information. Comparisons were made by means of a cross-validation technique: the 210 hybrids were split in one set for prediction and the complementary set for validation according to different schemes. For each of them, 100 different random samples were simulated. Each time, the predictions were calculated and stored together with the observed supposed "true" values. Improvements were always obtained when introducing the marker information, especially when hybrids between related parents are present.

International audience; This paper deals with the statistical properties of the molecular genetic distance between two inbred lines. It is shown that, conditionally on genetic map data, relatedness between inbred lines induces correlations between distance indices at marker loci. Several models are proposed for the derivation of those correlations, which depend on the map distance between the markers and on pedigree relatedness between the inbred lines. These models are checked by simulation. Expressions are given for the resulting best linear unbiased estimator of the genetic distance and its sampling variance, which is shown to be much smaller than usually predicted, for inbred lines that are related by pedigree. A protocol is proposed to optimize the precision of the estimation of the molecular genetic distance between inbred lines.

International audience

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National audience; Neutral markers, such as isoenzymes and RFLPs (restriction fragment length polymorphism), have applications in various fields of genetics and breeding. Three examples are documented. Firstly, about 130 maize lines were compared using 46 RFLP probes distributed over the 10 chromosomes. Data analyses and distance indices gave a classification consistent with heterotic groups and pedigrees, showing the value of molecular markers for characterizing unknown material. Distance indices were not very useful for predicting heterosis when parental lines belong to different genetic groups: the identification of polymorphisms of genes involved in the traits analysed is required. Second, enzyme markers were used to follow introgression of exotic into adapted material, in an experiment on cold tolerance. The classification observed revealed neither genetic drift nor selection. Finally, using a saturated genetic map constructed from an F2 progeny, we located QTLs (quantitative trait loci) for agromorphological traits and QTLs for amounts of proteins as revealed by 2-dimensional electrophoresis and quantified with a computerassisted system. The comparison of genetic parameters (dominance, epistasis) between these 2 contrasted phenotypic levels suggested that interactions are much more common at the gene product level than at the macroscopic level.; Les marqueurs génétiques neutres, tels que les isoenzymes ou les polymorphismes de longueur des fragments de restriction (RFLP) ont désormais des applications dans des domaines très divers. Trois exemples en sont présentés. i) Près de 130 lignées de maïs ont été comparées en utilisant 46 sondes RFLP réparties sur les 10 chromosomes. Des analyses de données et des calculs de distances ont révélé une structuration très cohérente avec les classifications en groupes hétérotiques et avec les généalogies, ce qui souligne l’intérêt des marqueurs en sélection pour caractériser un matériel d’origine inconnue. Pour la prédiction de l’hétérosis, il apparaît que les indices de distances ne seront guère efficaces pour les hybrides entre lignées appartenant à des groupes génétiques différents. Il y a donc nécessité de rechercher des polymorphismes de gènes directement impliqués dans les caractères. ii) Des marqueurs enzymatiques ont été utilisés pour suivre l’introgression de matériel exotique dans du matériel adapté, dans le cadre d’une expérience d’amélioration de la tolérance du maïs aux basses températures. Il est apparu que la structuration observée était celle que l’on pouvait attendre en l’absence de dérive et de sélection. iii) Grâce à une carte génétique saturée construite à partir d’une descendance F2, nous avons localisé des QTL (quantitative trait loci) de caractères agromorphologiques, et de protéines quantifiées sur gels d’électrophorèse bidimensionnels à l’aide d’un logiciel d’analyse d’images. Nous avons ainsi pu comparer, à 2 niveaux phénotypiques très différents, la complexité des déterminismes et les valeurs des paramètres génétiques des locus impliqués (effet de substitution, dominance, épistasie), et avons montré qu’il y avait bien moins d’interactions intra- ou interlocus au niveau macroscopique qu’au niveau des produits de gènes.

Nous présentons ici les travaux s’inscrivant dans le cadre du projet «Mathématiques et marqueurs moléculaires», en abrégé «MMM». Ces travaux ont pour objet l’identification et l’utilisation de gènes contrôlant des caractères quantitatifs - ou QTL (quantitative trait loci) - à partir de l’information issue des phénotypes, de la généalogie et de marqueurs moléculaires. Une première partie concerne la mise en évidence de gènes à effet majeur et l’utilisation de ces gènes en sélection, à partir d’informations phénotypiques (mesures sur le caractère dont le contrôle génétique est recherché) et généalogiques (relations de parenté entre individus de la population mesurée). La deuxième partie concerne l’utilisation conjointe de ces informations phénotypiques et généalogiques avec celles issues du marquage moléculaire dans la détection, la localisation de QTL, et en amélioration génétique., We present in this paper the results of the project "Mathematics and Molecular Markers" (MMM). These results concern the identification and use of genes that control quantitative characters or QTL (quantitative trait loci), using phenotypic, genealogical and molecular marker information. The first section concerns identification of major genes using information of a phenotypic (measures of the character) and genealogical (relationships between individuals) type and use of these genes in selection. The second section concerns the use of this information jointly with molecular marker information for detection and localisation of QTL, and for genetic improvement.

In breeding for hybrid varieties, top-cross mating designs are widely used to estimate the combining ability of inbred lines as a measure of their potential as parents of commercial hybrids. A multiplicative model is proposed to take into account interaction effects in addition to general combining ability effect (GCA) estimates to predict the values of potential line x line single cross hybrids. The efficiency of this approach was studied on a set of 58 maize inbred lines representing a wide range of germplasm. These lines were crossed to 4 tester lines and hybrids were evaluated for silage yield. The value of line x line hybrid values were predicted according to several models with and without multiplicative terms. The efficiency of the models was estimated by comparing the predicted and the observed values for a sample of 88 line x line reference hybrids. Predicted values were significantly correlated with observed values for every model. For a given set of testers, models which included multiplicative terms were most efficient. A simulation approach confirmed this conclusion for the best hybrids. Thus, this type of model provides a possibility to increase the efficiency of prediction without requiring additional measurements and should be tested for various germplasms.; Dans les programmes de sélection de variétés hybrides, les plans de croisement de type top-cross sont largement utilisés pour estimer l’aptitude à la combinaison de lignées, et donc évaluer leur intérêt en tant que parents d’hybrides. Un modèle multiplicatif est proposé dans cette étude pour intégrer les effets d’interaction entre lignées et testeurs dans la prédiction de la valeur des hybrides pouvant être créés à partir des lignées testées. L’efficacité de cette approche a été étudiée pour un ensemble de 58 lignées de maïs représentant une large variabilité génétique. Ces lignées ont été croisées à 4 testeurs et la productivité des hybrides pour l’ensilage a été évaluée. La valeur des hybrides entre lignées a été prédite à partir de différents modèles, incluant ou non des termes multiplicatifs. L’efficacité des modèles a été évaluée en comparant les valeurs prédites et les valeurs observées pour un ensemble de 88 hybrides entre lignées. Les valeurs prédites et observées étaient corrélées de façon significative pour tous les modèles. Pour un ensemble de testeurs donné, les prédicteurs les plus efficaces faisaient intervenir des termes multiplicatifs. Ce résultat a été confirmé au niveau des meilleurs hybrides à l’aide d’une approche par simulation. Ce type de modèle offre ainsi la possibilité d’améliorer l’efficacité de la prédiction sans nécessiter d’observations supplémentaires, et devrait donc être testé pour différents types de matériel génétique.

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* INRA, centre de Versailles-Gif Moulon Diffusion du document : INRA, centre de Versailles-Gif Moulon Diplôme : Dr. d'Université

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