Travailleur de laboratoire

ECOGEN

GENOMIQUE ECOLOGIQUE DE L'ADAPTATION DANS LES COMMUNAUTES VEGETALES

Dans le contexte des changements globaux, un des principaux défis en écologie évolutive est de déterminer le type et la structure de la variation génétique sous-jacente à la variation naturelle phénotypique ; ceci afin de déterminer le potentiel et la dynamique d’une réponse adaptative à la sélection naturelle et/ou résultante des modifications anthropiques du milieu. Une absence de potentiel de réponse à la sélection due aux changements globaux (comme le réchauffement climatique) engendrerait une érosion de la biodiversité, perturbant ainsi durablement les écosystèmes.

Ceci est d’autant plus important pour les espèces végétales dont la dispersion est en moyenne limitée en comparaison aux pathogènes et animaux.
 

Nous devons cependant garder à l’esprit que la réponse adaptative potentielle d’une espèce face aux changements globaux ne dépendra pas seulement de ses interactions directes avec l’environnement abiotique, mais aussi des effets environnementaux sur ses interactions biotiques (hôte-pathogène, compétition intra- et inter-espèces…).

Cependant, nos connaissances sur les dynamiques adaptatives des systèmes interactifs organisme – organisme, et plus précisément sur la co-évolution entre deux espèces en interaction, sont de manière surprenante très limitées. En particulier, cela concerne le recrutement des mutations chez les deux partenaires biotiques conférant les variants phénotypiques susceptibles d'être retenus par la sélection naturelle. Le paysage moléculaire des interactions organisme – organisme (hôte – pathogène, interactions plante – plante) ne pouvant être déterminé qu’en tenant compte de leurs spécificités génétiques, caractériser les bases moléculaires sous-jacentes aux spécificités hôte-pathogène et plante-plante augmentera considérablement notre compréhension sur l’émergence des maladies et l’évolution des communautés végétales.
 

L’objectif de notre groupe est d’établir un lien entre biologie moléculaire et écologie évolutive afin de prédire les trajectoires évolutives des communautés végétales et des communautés de pathogènes face aux changements globaux, ceci par identification des bases génétiques sous-jacentes à la co-évolution dans les systèmes interactifs hôte-pathogène et plante – plante. Le coût sans cesse décroissant du séquençage permet de cartographier rapidement les bases génétiques des traits complexes et de les replacer dans un contexte écologique et adaptatif.

 

THÈMES DE RECHERCHE

Génomique écologique de l’adaptation chez Arabidopsis thaliana à différentes échelles spatiales

 

Malgré un nombre très important d’outils génomiques disponibles, identifier les bases génétiques associées à la variation naturelle adaptative de traits complexes demeure un défi chez l’espèce modèle A. thaliana. Ceci est dû en partie à un manque de données sur l’échelle géographique de la variation phénotypique adaptative.

En se basant sur (i) un nouveau jeu de populations françaises, (ii) un phénotypage réalisé en conditions écologiquement réalistes, (iii) des transplantations réciproques et des études de résurrection, et (iv) les technologies NGS, les objectifs de ce thème sont :
 

- d’estimer la part relative de la variation phénotypique due à des processus non-sélectifs, et ceci à différentes échelles spatiales (depuis une échelle mondiale jusqu’au niveau intra-populationnel).
 

- d’identifier l’échelle spatiale de la variation phénotypique adaptative en identifiant les agents sélectifs potentiels responsable de cette sélection.
 

- d’intégrer la variation génétique des normes de réaction dans l’étude du potentiel adaptatif.
 

- d’identifier les régions génomiques et de valider fonctionnellement les gènes candidats impliqués dans l’adaptation locale et/ou la plasticité phénotypique adaptative. 

 


 

Identification des bases génétiques de la co-évolution dans le pathosystème naturel A. thaliana–Xanthomonas campestris
 

La pourriture noire des crucifères causée par la bactérie pathogène Xc est probablement la maladie des crucifères la plus importante au niveau mondial.

Cette maladie entraine une réduction du rendement et de la qualité des cultures. En présence du changement climatique, il est prédit une augmentation de la fréquence de cette maladie et ceci sur une plus grande aire géographique. Xc est aussi très prévalente dans les populations naturelles d’A. thaliana.

En collaboration avec le groupe de Dominique Roby (LIPM, Toulouse) et de Joy Bergelson (University of Chicago), nos objectifs sont (i) de cartographier finement par GWA mapping les régions génomiques associées à la variation naturelle de la résistance quantitative à Xc, (ii) de valider fonctionnellement des gènes candidats, et (iii) identifier les forces évolutives et écologiques à l’origine de la diversité génétique naturelle observée à ces gènes de résistance quantitative.
 

 

Identification des bases génétiques de la co-évolution dans les systèmes interactifs naturels plante - plante
 

La spécificité biotique entre deux génotypes de deux espèces végétales a été évoquée depuis plus de 25 ans. Cependant, les bases génétiques associées à la variation naturelle des interactions plante – plante restent à identifier.

En utilisant une population locale polymorphe d’A. thaliana, nous avons trouvé une variation génétique importante pour la réponse à la compétition interspécifique (4 espèces végétales associées à A. thaliana dans la communauté végétale d’origine). Nous sommes en train de réaliser des études de GWA mapping pour tester si les régions génomiques associées à la variation naturelle de la réponse à la compétition interspécifiques diffèrent entre les espèces compétitrices.

 

 

 Collaborations
 

  • Collaboration locale : groupe de Dominique Roby et Yves Marco (INRA, Toulouse) 
     

  • Collaborations nationales: Valérie Le Corre (INRA, Dijon) ;  Valérie Schurdi-Levraud (INRA, Bordeaux) ; Françoise Budar et Christine Camilleri (INRA, Versailles) ; Laurent Amsellem, Hélène Frérot, Nina Hautekéete, Maxime Pauwels et Yves Piquot (Université de Lille 1). 
     

  • Collaborations internationales: Joy Bergelson (University of Chicago, USA), Angela Hancock (University of Vienna, Austria), Paul Neve (University of Warwick, UK).

     

 Financements en cours
 

  • 2015 - 2019: ANR RIPOSTE (Exploitation of pathogen quantitative resistance diversity to improve disease resistance tolerance in crops). PI: Dominique Roby (LIPM, Toulouse). 248k€.
     

  • 2014 - 2017: Région Midi-Pyrénées, programme « Accueil de nouvelles équipes d’excellence ». Etudier le potentiel des populations naturelles végétales face au changement climatique en identifiant les gènes associés à la résistance aux pathogènes (CLIMARES). PI : Fabrice Roux. 236k€.
     

  • 2014 - 2015: Projet du département INRA – SPE. Une étude de résurrection pour étudier l’évolution phénotypique et génomique d’une population naturelle d’Arabidopsis thaliana face à la compétition interspécifique d’une graminée adventice. PI : Fabrice Roux. 30k€.
     

  • 2012 - 2016 : ANR BIOADAPT, CYTOPHENO (Cyto-nuclear co-adaptation and plant adaptive phenotypes). PI : Françoise Budar (INRA IJPB, Versailles). 25 k€. 
     

  • 2013 - 2018 : Starting grant Labex TULIP. PI : Fabrice Roux. 250k€.
     

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PUBLICATIONS

  • Fulgione, A., M. Koornneef, F. Roux, J. Hermisson and A. Hancock. 2018. Evolutionary dynamics of island colonization: Arabidopsis thaliana from the island of Madeira. Molecular Biology and Evolution 35(3): 564-574.

  • Brachi, B., N. Faure, J. Bergelson, J. Cuguen and F. Roux. Genome-wide association mapping of flowering time in Arabidopsis thaliana in nature: genetics for underlying components and reaction norms across two successive years. Acta Botanica Gallica – Botany Letters 160: 205-218. Special Issue ‘Quantitative genetics in natural populations’