Study of sorghum adaptation to dry season agrosystems in West and Central Africa
Etude de l’adaptation du sorgho aux agrosystèmes de saison sèche en Afrique de l’Ouest et du Centre
Résumé
Studying seasonal adaptation is of great importance for understanding crop diversification. One of the aspects of this diversification in the evolutionary history of cultivated species is the one related to seasonality. This thesis used the grass species sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench.) as a model for the study of seasonal adaptation. This cereal includes two seasonal crop types (rainy season sorghum, dry season sorghum cultivated in flood-recession systems). The development of dry season agrosystems in West and Central Africa, understudied to date, offers an interesting framework for the study of seasonal adaptation. Through this thesis, we aimed to analyze the hereditary morpho-physiological divergence and genetic differentiation of dry season sorghum varieties compared to rainy season sorghum varieties. The studied plant material consists of a panel of 153 accessions representative of 4 eco-seasonal sorghum types defined on the basis of seasonality (two seasons) crossed with the eco-geographical zone of origin (Senegal River Valley and Lake Chad Basin). Initially, an experimentation was set up to evaluate under comparable conditions the behavior of the four eco-seasonal types, respectively in rainy season and a dry season environment. 11 agro-morphological and 9 agro-physiological traits were measured. In a second step, high throughout sequencing data (GBS, genotyping by sequencing) allowed, based on 120,969 SNPs, to describe the genomic diversity and structure of the collection studied. Among the traits analyzed, three agro-morphological traits (head appearance, plant height and stem diameter) and four agro-physiological traits (number of leaves at maturity, aboveground biomass, root mass and the root mass to aboveground biomass ratio) revealed a differentiation between dry season sorghum from the Lake Chad Basin and the three other eco-seasonal groups, supporting the hypothesis of a seasonal adaptive divergence in the Lake Chad Basin. In contrast, no significant trait differentiation was detected between the dry season sorghum from the Senegal River Valley and rainy season sorghum. We have shown that the genomic diversity of the 153 sorghum accessions are structured into three genetic groups. Dry season sorghum accessions from the Lake Chad Basin form a group that is well differentiated from rainy season sorghum accessions. These new experimental findings provide new insights for the understanding of the scenarios and the bases of sorghum seasonal adaptation in a context shaped by seasonal diversification of sorghum for the development of flooded-recession agrosystems.
L'étude de l'adaptation des espèces cultivées est très importance pour comprendre la diversification des cultures. Un des aspects de cette diversification dans l’histoire évolutive des espèces cultivées est celle liée à la saisonnalité. La présente thèse a utilisé le sorgho (Sorghum bicolor (L.) Moench.) comme modèle pour l’étude de l’adaptation saisonnière. Cette céréale comprend deux types saisonniers (sorghos pluviaux et sorghos de saison sèche). Le développement des agrosystèmes de saison sèche en Afrique de l'Ouest et du Centre, très peu étudié, offre un cadre intéressant pour l’étude des bases de l’adaptation saisonnière. L’analyse de la divergence morpho-physiologique héréditaire et la différenciation génomique des variétés de sorgho de saison sèche par rapport aux variétés de sorgho pluvial a été proposé dans le cadre de cette thèse. Le matériel végétal est constitué de 153 accessions représentant 4 types écosaisonniers de sorgho définis sur la base de la saisonnalité (deux saisons) croisée avec la zone éco-géographique (Vallée du Fleuve Sénégal et Bassin du Lac Tchad). Dans un premier temps, un plan d’expérimentation a été mis en place pour évaluer en conditions comparables le comportement des quatre type éco-saisonniers, respectivement en saison pluviale puis en saison sèche. 11 caractères agro-morphologiques et 9 caractères agro-physiologiques ont été mesurés. Dans un second temps, les données de séquençage haut-débit (GBS, genotyping by sequencing) ont permis, sur le base de 120 969 SNPs, de décrire la diversité et la structure génomique du panel étudié. Trois caractères agro-morphologiques (date d’épiaison, hauteur de la plante et diamètre de la tige) et quatre caractères agro-physiologiques (nombre de feuilles à maturité, biomasse sèche aérienne, biomasse sèche racinaire et ratio biomasse racinaire/biomasse aérienne) ont permis de mettre en évidence une différenciation fortement marqué du sorgho de saison sèche du Bassin du Lac Tchad comparé aux trois autres groupes éco-saisonniers. Par contre, aucune différenciation significative des caractères n'a été détectée entre les sorghos pluviaux et les sorghos de saison sèche de la Vallée du Fleuve Sénégal. L’analyse génomique a montré que la diversité des 153 accessions de sorgho est structurée en 3 groupes génétiques. Les accessions de sorgho de saison sèche du Bassin du Lac Tchad forment un groupe bien différencié des accessions de sorgho pluvial. Tous ces résultats expérimentaux fournissent de nouvelles indications pour mieux comprendre les scénarios et les bases de l’adaptation saisonnière du sorgho dans un contexte marqué par la diversification de la culture entre des agrosystèmes de saison pluviale et des agrosystèmes de décrue (saison sèche).
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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