DS01 - Gestion sobre des ressources et adaptation au changement climatique

Exploration des réponses évolutives des plantes à des changements environnementaux à la lumière des théories écologiques : un test expérimental chez l’espèce modèle Arabidopsis thaliana – AraBreed

Résumé de soumission

Comprendre comment les plantes s’adaptent à de nouveaux environnements, potentiellement stressants, est important pour le suivi et la gestion des espèces sauvages et cultivées sous l’effet du changement climatique. L’adaptation locale est reconnue comme un mécanisme important pour le maintien de la diversité génétique des populations naturelles. En l’absence d’autres forces, l’adaptation locale devrait se traduire par l’avantage reproductif des populations adaptées à leur habitat plutôt qu’à des environnements alternatifs. Cependant l’adaptation peut être entravée par une faible variance génétique des traits sous-jacents. L’écologie théorique suggère que les plantes ne peuvent pas simultanément optimiser certaines tâches, comme acquérir et conserver les ressources, ou être à la fois compétitives et tolérantes au stress. Ces compromis ont été décrits en écologie comme des contraintes majeures pour la diversification des formes et du fonctionnement du vivant, mais les bases théoriques de tels compromis ne sont pas établies.
L’adaptation locale est un phénomène complexe. L’évolution expérimentale offre une opportunité formidable pour explorer les processus, la vitesse et la force de la sélection en temps réel, et en retour tester la validité des hypothèses émises en écologie. Le projet AraBreed évaluera l’évolution de compromis écologiques majeurs, ainsi que la composition allélique des populations, en réponse à des pressions de sélection contrôlées. AraBreed bénéficiera d’un matériel génétique unique généré chez l’espèce modèle Arabidopsis thaliana pour étudier l’évolution des plantes sur trois générations. Quatre environnements (mésocosmes répliqués sept fois) seront utilisés, où varient la disponibilité des ressources (eau et nutriments) et la perturbation du milieu (présence d’herbivores). Nous utiliserons 350 populations F2 (490000 génotypes au total) précédemment obtenus par croisements aléatoires (hybrides F1 = parents) entre 400 accessions échantillonnées à travers l’Eurasie et complètement séquencées (F0 = grandparents, 1001genomes.org/). Ceci présente l’avantage (i) de recréer des phénotypes éliminés par sélection au sein des populations naturelles, et (ii) de donner accès à la diversité génétique et phénotypique des populations ancestrales et adaptées. Au cours de leur évolution dans les différents environnements, les plantes seront phénotypées in situ pour six traits focaux grâce à l’utilisation de la spectrométrie en proche infra-rouge, qui permet le phénotypage rapide et non-destructif des traits écophysiologiques. De plus des graines seront récoltées pour des analyses en conditions contrôlées (phénotypage haut-débit ex situ dans l’automate PHENOPSIS, et analyse des réponses au stress dans des installations adaptées), et pour du séquençage de dernière génération (pool-seq).
L’évolution expérimentale d’une espèce à durée de vie courte dans des mésocosmes contrôlés offre un outil puissant pour examiner l’étendu de la variabilité intraspécifique, le rôle des contraintes et de la sélection dans l’émergence de compromis écologiques majeurs, ainsi que pour identifier des limites éventuelles à la sélection. AraBreed offre l’opportunité de développer de nouvelles approches pour l’étude de l’évolution dans l’éducation scientifique à travers les missions d’enseignement proposées dans le cadre du projet. De plus, la compréhension des mécanismes intervenant dans ces compromis servira d’appui aux méthodes de sélection sur les espèces cultivées. Le projet est transdisciplinaire, à l’intersection de l’écologie comparative, de la biologie évolutive et de la génomique. AraBreed présente un fort potentiel pour produire des avancées significatives à la fois pour les sciences fondamentales et appliquées.

Coordinateur du projet

Monsieur Cyrille VIOLLE (Centre d'Ecologie Fonctionnelle et Evolutive)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

CEFE CNRS UMR 5175 Centre d'Ecologie Fonctionnelle et Evolutive
Uni. Tübingen Institute of Evolution and Ecology
LEPSE Laboratoire d'écophysiologie des plantes sous stress environnementaux
MPI Max Planck Institute for Developmental Biology

Aide de l'ANR 494 283 euros
Début et durée du projet scientifique : avril 2018 - 36 Mois

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