Evolution de la diversification adaptative bactérienne : origine et maintenance à long-terme. – EvoDiv

1-Contexte scientifique et objectifs La sélection naturelle a façonné tous les phénotypes extraordinairement divers des êtres vivants, et les mutations en fournissent le matériel de base. Un des défis majeurs de l'évolution est de comprendre les forces gouvernant l'origine et le maintien de la diversité: comment deux types d'êtres vivants peuvent-ils émerger d'un ancêtre commun et coexister dans la même niche? Quelles interactions stabilisent cette coexistence? Il est difficile de disséquer les changements responsables de l'évolution de la diversité et de sa maintenance, car ce sont des événements perdus dans un passé lointain. Nous pouvons cependant reproduire efficacement des événements similaires au laboratoire par des évolutions expérimentales, qui permettent analyses et comparaisons sur plusieurs dizaines de milliers de générations. L'utilisation de bactéries, aux temps de génération courts et aux populations de grande taille, permet l'étude de la dynamique de l'évolution en conditions contrôlées et avec un nombre élevé de répétitions. Ancêtres et individus évolués, isolés pendant l'évolution, peuvent être congelés et revivifiés, ce qui fournit de véritables archives fossiles. L'utilisation d'Escherichia coli a des avantages supplémentaires, car la quantité énorme de données disponibles aide à disséquer les bases génétiques des changements phénotypiques. Au cours de la plus longue évolution expérimentale, où un ancêtre E. coli a été propagé dans un environnement défini pendant plus de 40.000 générations, nous avons détecté un événement unique de divergence: deux écotypes phénotypiquement différenciés ont émergé d'un ancêtre commun et continuent de coexister depuis des dizaines de milliers de générations par un processus de sélection négative dépendant de leur fréquence. Notre objectif est de comprendre la succession d'événements génétiques qui a conduit à la divergence des deux types bactériens, puis à leur coexistence stable et dynamique. Pour cela, nous avons monté une équipe interdisciplinaire entre un microbiologiste de l'évolution et un physicien. 2-Description du projet, méthodologie Ce projet combine le développement d'une technologie automatisée et la modélisation mathématique aux analyses génomiques et phénotypiques des processus évolutifs pendant une évolution à long terme chez E. coli. Douze populations issues d'un ancêtre commun ont été propagées dans un environnement défini pendant plus de 40.000 générations. Très tôt dans l'histoire d'une des populations, un ancêtre a donné naissance à deux écotypes qui coexistent ensuite alors qu'ils entrent en compétition et se co-adaptent. Des mutations ont été sélectionnées dans chaque écotype lors de leur co-adaptation. Nous avons détecté plusieurs périodes pendant lesquelles l'un des écotypes devient prédominant, sans pour autant pouvoir éliminer l'autre. Ces remplacements successifs constituent des événements de sélection périodique pendant lesquels chaque écotype trouve successivement une stratégie de succès écologique par rapport à l'autre. Les deux écotypes se caractérisent par quelques paramètres de dynamique des populations: le taux de croissance sur la source nutritive principale, des taux de mortalité différentiels en phase stationnaire. Par une approche interdisciplinaire, nous évaluerons ces paramètres pour chaque temps d'évolution. L'obtention de ces données à haut débit nécessitera des analyses automatisées. Nous établirons pour chaque événement de sélection périodique quel paramètre a été modifié et quelle stratégie adoptée pour chaque écotype. Ces changements de paramètres seront alors corrélés à des modifications de l'expression globale des gènes et finalement, aux mutations responsables de la diversification bactérienne. Des profils globaux d'expression des gènes seront réalisés pour des clones évolués isolés à des stades-clés de l'évolution et pour une série de souches isogéniques, sauf pour quelques mutations spécifiques. Nous analyserons ces profils