Genetic resistance is a successful strategy for management of clubroot (Plasmodiophora brassicae) of brassica crops, but resistance can break down quickly. Identification of novel sources of resistance is especially important when new pathotypes arise. In the current study, the reaction of 177 accessions of Brassica napus to four new, virulent pathotypes of P. brassicae was assessed. Each accession was genotyped using genotyping by sequencing to identify and map novel sources of clubroot resistance using mixed linear model (MLM) analysis. The majority of accessions were highly susceptible (70–100 DSI), but a few accessions exhibited strong resistance (0–20 DSI) to pathotypes 5X (21 accessions), 3A (8), 2B (7), and 3D (15), based on the Canadian Clubroot Differential system. In total, 301,753 SNPs were mapped to 19 chromosomes. Population structure analysis indicated that the 177 accessions belong to seven major populations. SNPs were associated with resistance to each pathotype using MLM. In total, 13 important SNP loci were identified, with 9 SNPs mapped to the A-genome and 4 to the C-genome. The SNPs were associated with resistance to pathotypes 5X (2 SNPs), 3A (4), 2B (5) and 3D (6). A Blast search of 1.6 Mb upstream and downstream from each SNP identified 13 disease-resistance genes or domains. The distance between a SNP locus and the nearest resistance gene ranged from 0.04 to 0.74 Mb. The resistant lines and SNP markers identified in this study can be used to breed for resistance to the most prevalent new pathotypes of P. brassicae in Canada.

Mesophyll conductance (gm) determines the diffusion of CO2 from the substomatal cavities to the site of carboxylation in the chloroplasts and represents a critical component of the diffusive limitation of photosynthesis. In this study, we evaluated the average effect sizes of different environmental constraints on gm in Populus spp., a forest tree model. We collected raw data of 815 A-Ci response curves from 26 datasets to estimate gm, using a single curve-fitting method to alleviate method-related bias. We performed a meta-analysis to assess the effects of different abiotic stresses on gm. We found a significant increase in gm from the bottom to the top of the canopy that was concomitant with the increase of maximum rate of carboxylation and light-saturated photosynthetic rate (Amax). gm was positively associated with increases in soil moisture and nutrient availability, but it was insensitive to increasing soil copper concentration, and it did not vary with atmospheric CO2 concentration. Our results showed that gm was strongly related to Amax and to a lesser extent to stomatal conductance (gs). Also, a negative exponential relationship was obtained between gm and specific leaf area, which may be used to scale-up gm within the canopy.

Les analyses d’association visent à mieux comprendre l’architecture génétique des caractères quantitatifs comme ceux reliés à l’adaptation, la croissance et la structure du bois, et mettre en évidence les gènes qui les contrôlent. Ces connaissances sont utiles pour notamment mieux appréhender le potentiel de résilience dans le contexte de changements climatiques, ainsi que pour la conservation et l’amélioration génétique des arbres forestiers. Cette thèse porte sur l’épinette blanche (Picea glauca [Moench] Voss) avec deux objectifs principaux : 1) développer une compréhension plus intégrée des caractères quantitatifs, et ; 2) développer des stratégies permettant de mieux exploiter les analyses d’association face aux contraintes génétiques et statistiques liées à leur utilisation chez les arbres forestiers. La thèse s’appuie sur deux études d’association qui portent respectivement sur la croissance et les caractéristiques physiques du bois (chapitre 2), et la résistance contre la tordeuse des bourgeons de l’épinette (TBE, Choristoneura fumiferana Clemens) (chapitre 3). Nous avons d’abord analysé les caractéristiques du bois ainsi que la croissance en utilisant un seuil de significativité statistique permissif (P < 0,05; sans correction pour tests multiples) pour maximiser la découverte de gènes comportant des SNPs significatifs. Selon les caractères étudiés, entre 229 et 292 gènes ont été identifiés, qui ont ensuite été soumis à des analyses complémentaires portant sur leurs annotations fonctionnelles et leur expression tissulaire. Les gènes associés aux caractères du bois se sont montrés surreprésentés dans un groupe de co-expression préférentiel au xylème secondaire. Une analyse de réseau de ce groupe de gènes a permis d’identifier certains facteurs de transcription de type MYB et NAC ayant un niveau de connectivité élevé, dont notamment PgNAC-7 qui était le gène ‘hub’ le plus connecté, suggérant un rôle dans la régulation des caractères physiques du bois. L’étude des caractères de défense contre la TBE s’est appuyée sur trois méthodes d’analyse d’association considérant soit un locus à la fois, plusieurs loci, ou encore plusieurs caractères simultanément. Les analyses ont permis d’identifier 33 gènes ayant des fonctions métaboliques variées et expliquant une proportion élevée de la variation phénotypique observée. Des corrélations phénotypiques faiblement positives ont également été observées entre la croissance et les facteurs de résistance contre la TBE, indiquant l’absence d’un compromis métabolique entre ces caractères. Nos résultats indiquent que les stratégies proposées dans la présente thèse pourraient être appliquées à d’autres caractères quantitatifs et permettre de développer des connaissances utiles pour mieux comprendre l'architecture génétique des caractères complexes chez les arbres forestiers.