Description sommaire du projet
L’érable à sucre, un arbre emblématique de la forêt du nord-est de l’Amérique du Nord, fournit de nombreux services écosystémiques et génère d’importantes retombées économiques, notamment en lien avec la production de sirop d’érable. Les modifications environnementales attendues en lien avec les changements climatiques auront un impact négatif sur la capacité des érablières à fournir ces différents services. La compréhension des mécanismes génétiques et environnementaux impliqués dans la production de sucres, ainsi que dans l’adaptation et la résilience des arbres est essentielle pour avoir des érablières saines et productives dans les conditions climatiques futures. En se basant sur une plantation d’érables issus de parents ayant des taux de sucre supérieurs à la moyenne, l’objectif principal de ce projet est de décrypter le déterminisme génétique et environnemental de plusieurs caractères importants de l’érable à sucre (par exemple : taux de sucre, croissance, qualité du bois, réponse aux stress) en caractérisant la variabilité génétique, l’héritabilité et les interactions génotype/environnement de ces caractères. La connaissance du déterminisme génétique de ces traits nous permettra, à terme, de construire des modèles de sélection génomique permettant de sélectionner à un stade précoce les arbres ayant le meilleur potentiel acéricole dans un environnement en pleine mutation.
Mise en contexte
L’érable à sucre, un arbre emblématique de la forêt du nord-est de l’Amérique du Nord, fournit de nombreux services écosystémiques et génère d’importantes retombées économiques. Ainsi, même si l’espèce est principalement connue pour la production de sirop d’érable, son bois est aussi recherché pour la fabrication de meubles, planchers, placages et contreplaqués. Dans un contexte de changements climatiques, il est attendu :
i) une modification de la longueur de la saison de croissance,
ii) une perturbation des conditions environnementales printanières,
iii) une augmentation de la fréquence et de l’intensité des épisodes de sécheresse. Ensemble, ces changements climatiques auront un impact négatif sur la capacité photosynthétique, et donc sur la croissance et la santé des arbres. Par conséquent, ces changements risquent d’impacter significativement la productivité des érablières, tant pour la production acéricole que la production de bois. Le maintien de la productivité des arbres en plantations dans un environnement changeant est donc un objectif de la plupart des programmes d’amélioration des espèces forestières. La compréhension des mécanismes génétiques et environnementaux impliqués dans l’adaptation et la résilience des arbres est essentielle pour avoir des plantations saines et
productives dans les conditions climatiques futures.
La sélection variétale est un moyen couramment utilisé pour améliorer la valeur d’un ou plusieurs caractères d’intérêts en se basant sur la variabilité naturelle de l’espèce cible. Chez les arbres forestiers, les caractères liés à une productivité maximale de bois de qualité sont généralement ciblés, tels que l’adaptation, la résilience, la croissance, la qualité du bois, et la résistance aux stress (biotiques et abiotiques). Chez ces espèces, la variabilité génétique est généralement importante, mais plusieurs contraintes rendent difficile la mise en place de programmes de sélection, la principale étant leur longue durée de vie et leur maturité tardive. Ainsi il faut attendre jusqu’à 20 ou 30 ans pour pouvoir mesurer certains caractères qui ne sont accessibles que sur les arbres matures. L’analyse de liaison entre variation phénotypique et polymorphisme génétique dans une descendance connue (analyse de locus de traits quantitatifs ou QTL) permet d’identifier les régions du génome contrôlant les traits d’intérêt et d’accélérer les gains génétiques grâce à la sélection assistée par marqueurs (Thavamanikumar et al., 2013). Au cours des 20 dernières années, l’application de la génomique aux arbres forestiers a permis de mieux comprendre le déterminisme génétique des traits d’intérêt, et d’accélérer le processus de sélection chez ces espèces (e.g. Plomion et al. 2016). En particulier, les progrès récents en sélection génomique permettent de sélectionner de façon efficace plusieurs traits simultanément en prédisant la valeur d’un individu à partir de milliers de marqueurs moléculaires dont certains sont liés aux QTL d’intérêt (Lenz et al., 2020).
Bien que quelques études aient déjà tenté d’évaluer le potentiel d’amélioration génétique de l’érable à sucre pour la production de sirop d’érable (Kriebel, 1990; Roy et al., 1997), elles ont été menées avant la révolution génomique de ces dix dernières années qui a démontré la faisabilité de l’amélioration génétique chez les arbres.
Toutefois, ces études ont démontré le fort potentiel d’augmentation des taux de sucre (gains jusqu’à 65% en une seule génération). L’obtention de taux de sucre plus élevés permettra donc d’augmenter la production pour atteindre les cibles fixées par les PPAQ pour l’horizon 2080, tout en réduisant la quantité d’énergie nécessaire pour la production du sirop d’érable. D’autre part, il n’y a eu à notre connaissance aucune étude visant à décrypter le déterminisme génétique des caractères importants pour la santé des érablières comme les taux de croissance, ou la résistance aux stress par exemple. La production de plants adaptés aux conditions climatiques futures est aussi essentielle pour assurer la production acéricole des générations futures.
Objectifs du projet
L’objectif à long terme de ce projet est de décrypter le déterminisme génétique et environnemental de plusieurs caractères importants de l’érable à sucre (taux de sucre, croissance, qualité du bois, réponse aux stress) en caractérisant la variabilité génétique, l’héritabilité et les interactions génotype/environnement de ces caractères. Les régions du génome contrôlant ces caractères (QTL) seront cartographiées. Afin d’atteindre cet objectif principal, ce projet global peut être divisé en deux volets successifs (le financement demandé ici ne concerne que le premier volet et si accordé sera utilisé comme levier pour une demande de financement auprès du Conseil de Recherches en Sciences Naturelles et Génie qui permettra de réaliser le second volet) :
- Volet I : Cartographier et caractériser la parenté de l’ensemble des arbres de la plantation de M. Faucher à Saint-Anges : depuis la mise en place de la plantation, l’information sur l’identité de nombreux arbres a été perdue ce qui nécessitera l’utilisation d’outils génétiques pour retracer la parenté de l’ensemble des arbres et identifier les différentes fratries qui seront utilisées pour la cartographie.
- Volet II : Suite à la caractérisation de tous les arbres de la plantation, nous serons en mesure de sélectionner une famille cible, puis de construire une carte de liaison génétique de l’érable à sucre. Cette carte sera utilisée pour cartographier plusieurs caractères d’intérêt liés à la croissance, la qualité du bois, la réponse aux stress, et le potentiel acéricole et décrypter leur déterminisme génétique.
Échéancier
automne 2025
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