Combining Association and Haplotype Studies Towards the Improvement of Fruit Quality in Tomato
Combinaison d'études d'associations et d'haplotypes pour l'amélioration de la qualité des fruits chez la tomate
Résumé
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.
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.
Domaines
Sciences agricoles
Origine : Version validée par le jury (STAR)