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BIOADAPT - Adaptation - des gènes aux populations.Génétique et biologie de l'adaptation aux stress et aux perturbations

Identifier la variation adaptative dans les espèces sauvages apparentées de deux céréales cultivées, le maïs et le mil – AdaptInWild

L’adaptation des espèces cultivées est un enjeu majeur pour l'avenir.

Les céréales telles que le maïs et le mil sont une source calorique majeure. Une part non négligeable de la variabilité cryptique des ‘ancêtres’ sauvages de ces espèces cultivées a été perdue au cours des processus de domestication et d'amélioration variétale.

AdaptInWild propose d’explorer le réservoir sauvage des ces deux espèces.

Le but du projet est d’apporter des connaissances sur les bases génétiques et épigénétiques de l’adaptation. Nous avons collecté un matériel original le long de gradients d’altitude et d’humidité dans les espèces sauvages apparentées au maïs et au mil. Ces gradients miment une variation climatique continue et serviront de base à une approche intégrative permettant d’étudier les différentes facettes de l’adaptation : l’action de la sélection naturelle sur les polymorphismes nucléotidiques et structuraux, les variations transcriptomiques et la réponse épigénétiques aux changements d’environnement.

La première tâche combinera des données de séquençage d’individus échantillonnés dans les populations les plus ‘extrêmes’ de chaque gradient environnemental. Elle permettra d’identifier des polymorphismes de séquence candidats à l’adaptation. La deuxième tâche explorera la variation du transcriptome dans chaque espèce entre des parents appartenant aux populations ‘extrêmes’ et leurs descendants. Elle permettra d’étudier l’expression génique. La troisième tâche s’attachera à décrire la réponse épigénétique de génotypes à un changement brusque d’environnement dans des expériences de transplantation dans des milieux ‘extrêmes’. Enfin, la quatrième tâche établira un lien entre variation de séquence et variation phénotypique pour des caractères agronomiques et adaptatifs mesurés en champ.

AdaptInWild est un projet innovant qui utilisera les développements les plus récents des techniques de séquençage et développera en parallèle des outils expérimentaux et analytiques pour rechercher la variation adaptative du compartiment sauvage apparenté à deux espèces d’intérêt majeur.

Il apportera une contribution unique à notre connaissance des mécanismes d’adaptation aux changements climatiques chez les plantes, mais aussi des éléments d’informations utiles à la conservation des ressources génétiques sauvages.

La caractérisation des populations des téosintes (localisation, écologie) utilisées dans le projet a été publiée sous forme d'article dans Muñoz Diez C. et al. (2013) New Phytologist. Un poster présentant les essais agronomiques a été présenté au colloque jeunes chercheurs de l'INRA par Margaux-Alison Fustier (Clermont-Ferrand, mai 2013).


Dans le contexte actuel de changements climatiques, l’adaptation rapide des espèces cultivées aux nouvelles conditions environnementales est nécessaire pour soutenir la demande alimentaire en particulier dans les pays en voie de développement. Les céréales sont une source calorique majeure : le maïs est la première céréale mondiale tandis que le mil, produit dans les environnements les plus secs de la planète, est l’un des aliments de base en Afrique et en Inde. Ces deux espèces ont subi au cours de leur histoire des goulots d’étranglement, conséquence de la domestication et de l’amélioration variétale. Ainsi, une part non négligeable de la variabilité cryptique des ‘ancêtres’ sauvages de ces espèces, Zea mays ssp. parviglumis et P. glaucum spp. Monodii, a été perdue.
AdaptInWild propose d’explorer le réservoir allélique de ces deux espèces sauvages et d’évaluer son rôle potentiel pour les futurs efforts d’amélioration. Le but du projet est d’apporter des connaissances sur les bases génétiques et épigénétiques de l’adaptation. Nous avons collecté un matériel original le long de gradients d’altitude et d’humidité dans les espèces sauvages apparentées au maïs et au mil. Ces gradients miment une variation climatique continue et serviront de base à une approche intégrative permettant d’étudier les différentes facettes de l’adaptation : l’action de la sélection naturelle sur les polymorphismes nucléotidiques et structuraux, les variations transcriptomiques (codantes et non-codantes) et la réponse épigénétiques aux changements d’environnement.
Notre projet est articulé autour de 4 tâches scientifiques interconnectées. La première tâche combinera des données de séquençage haut-débit d’individus en pools échantillonnés dans les populations les plus ‘extrêmes’ de chaque gradient environnemental (2 gradients par espèce), et le génotypage des populations intermédiaires par Illumina VeraCode. Elle permettra d’identifier des polymorphismes de séquence (SNP) et des insertions-délétions d’éléments transposables (ET) candidats à l’adaptation. La deuxième tâche explorera la variation du transcriptome et des petits ARN non-codants dans chaque espèce entre 4 parents appartenant aux populations ‘extrêmes’ et leurs descendants hybrides. Elle permettra d’étudier la régulation cis et trans de l’expression génique ainsi que de mesurer les effets paternels et maternels sur l’expression des gènes. La troisième tâche s’attachera à décrire la réponse épigénétique de génotypes à un changement brusque d’environnement, et la relation entre les niveaux génomiques et épigénomiques dans cette réponse adaptative à court-terme. Ainsi, nous appliquerons un échange entre des génotypes prélevés dans les populations ‘extrêmes’ et suivrons les bouleversements génomiques au niveau de la méthylation des histones et de l’ADN. Enfin, la quatrième tâche établira un lien entre variation de séquence (SNP et insertions-délétions d’ET) et variation phénotypique à des caractères agronomiques et adaptatifs mesurés en champs, par l’emploi d’une approche de génétique d’association.
AdaptInWild est un projet innovant qui utilisera les développements les plus récents des techniques de séquençage et développera en parallèle des outils expérimentaux et analytiques pour rechercher la variation adaptative du compartiment sauvage apparenté à deux espèces d’intérêt majeur. En combinant l’exploration de la variation génomique, des mutations aux épimutations, en établissant un lien entre génotype et phénotype, il apportera une contribution unique à notre connaissance des mécanismes d’adaptation aux changements climatiques chez les plantes, mais aussi des éléments d’informations utiles à la conservation des ressources génétiques sauvages. De plus, ce projet permettra d’établir une collaboration à long-terme entre deux partenaires, l’UMR GV (Gif-sur-Yvette) et l’UMR DIADE (Montpellier) et participera à la formation de nombreux étudiants.

Coordinateur du projet

Madame Maud Tenaillon (UMR de Génétique Végétale) – maud.tenaillon@inra.fr

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

INRA - Univ Paris-Sud - CNRS UMR de Génétique Végétale
UMR DIADE UMR Diversité, Développement et Adaptation des plantes

Aide de l'ANR 514 043 euros
Début et durée du projet scientifique : octobre 2012 - 48 Mois

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