Identification de marqueurs de sélection précoce de l’orge de printemps (Hordeum vulgare L. subsp. vulgare) pour la qualité brassicole | Identification of early selection markers of spring barley (Hordeum vulgare L. subsp. vulgare) for the malting quality

Francés. Résumé : Chez l’orge, la dégradation des polysaccarides des parois cellulaires et de l’amidon est de première importance dans le contexte de sa valorisation brassicole. La présente recherche doctorale a été entreprise dans le but d’identifier des marqueurs de sélection utilisables lors de l’amélioration génétique de l’orge de printemps pour ses qualités brassicoles. Des gènes candidats ont d’abord été choisis sur base de leur expression dans les tissus de la graine en germination. Leur position cartographique a été déterminée et située par rapport à des marqueurs QTL connus de la qualité brassicole. Exploitant des variétés cultivées de qualités contrastées, une recherche de polymorphismes nucléotidiques au niveau de ces gènes a été réalisée. Tous les gènes s’avèrent polymorphes, certaines des variations de séquence conduisant à des modifications de la structure primaire de la protéine encodée. Plusieurs caractères technologiques ont été retenus et définis chez les variétés étudiées, en exploitant les données de la littérature : la teneur en extrait, la viscosité, la teneur en beta;-glucanes du mout, l’atténuation finale apparente et le pouvoir diastasique. Plusieurs caractères biochimiques ont été étudiés chez ces mêmes variétés et ont ciblé quatre activités enzymatiques impliquées dans la dégradation des polysaccharides pariétaux et de réserve. Le pouvoir discriminant et la simplicité du test d’activité amylase, ainsi que sa relation avec des critères technologiques importants, en font un test prometteur en vue de faciliter la sélection variétale. La relation entre les sites polymorphes de l’ADN et les caractères technologiques et biochimiques identifient une soixantaine de sites dont les polymorphismes semblent associés à au moins l’un des caractères. Sur tous les sites polymorphes, treize sites sont choisis pour leur potentiel en tant que marqueurs de sélection. Ils distinguent en effet un allèle favorable et un allèle défavorable pour plus d’un critère brassicole. Ces treize sites sont localisés sur des gènes de (1-3,1-4)-beta;-glucanase, un gène de (1-3)-beta;-glucanase, un gène de (1-4)-beta;-xylan endohydrolase et un gène d’alpha-amylase. La mise en évidence de ces allèles peut être réalisée par des tests PCR simples (« allèles spécifiques ») et relativement peu coûteux, dont six ont été mis au point au terme de la recherche./Summary: In barley, the degradation of cell wall polysaccharides and starch is of utmost importance for its malting quality. The aim of this thesis is the identification of selection markers useful in the breeding of spring Barley cultivars for improved malting quality. Candidate genes were first chosen based on their expression profile in tissues of germinating seeds. Their mapping positions were determined and compared with known QTLs for malting quality. Varieties with contrasted malting qualities were searched for DNA polymorphisms for each of these genes. All genes proved to be polymorphic, some of the sequence variations leading to changes in the primary structure of the encoded protein. Technological traits were chosen and used to characterize the varieties based on literature data: extract yield, viscosity, beta;-glucan content of the wort, final apparent attenuation and diastatic power. Biochemical traits were also investigated on the same varieties and focused on four enzyme activities implicated in cell wall polysaccharides and starch degradation. The Discriminant power and ease of the amylase test, as well as its relation with technological traits, make it a promising selection test in breeding programs. The relationship between the DNA polymorphisms and biochemical and technological traits reveals around sixty polymorphisms displaying apparent relationships with at least one trait. Thirteen out of them were chosen for their potential as selection markers. They are located on (1-3,1-4)-beta;-glucanase genes, on one (1-3)-beta;-glucanase gene, on one (1-4)-beta;-xylan endohydrolase gene and on one alpha-amylase gene. Detection of these alleles can be achieved by simple and inexpensive PCR tests (” allele specific”), and six assay protocols have been set up at the completion of this research.