Co-adaptation nucléo-cytoplasmique et phénotypes adaptatifs des plantes – CYTOPHENO

Le projet CYTOPHENO s'appuie sur un matériel génétique original dédié à l'exploration de l'impact des variations cytoplasmiques et à l'étude de la co-adaptation noyau-cytoplasme, les cytolignées. Une cytolignée est définie comme un génotype combinant le génome nucléaire d'une lignée et les génomes cytoplasmiques d'une autre. Le panel qui est exploité dans le projet comprend 8 lignées d'Arabidopsis thaliana, choisies pour la diversité de leurs génomes et des caractéristiques de leur milieu d'origine, et les 56 cytolignées possibles résultant de l'association de leurs génomes nucléaires et cytoplasmiques. Ce panel sera soumis à une série de mesures phénotypiques pour des caractères potentiellement adaptatifs, pour le niveau d'expression des gènes et des caractéristiques physiologiques et métaboliques.

Le projet ayant démarré il y a moins d'un an, aucun résultat ne peut être mis en avant pour le moment

Sans objet à ce stade

Sans objet à ce stade

De nombreuses études sur différentes espèces ont montré un effet des variations cytoplasmiques (génomes mitochondrial, mt et chloroplastique, pt) dans les réponses adaptatives des plantes à leur milieu. Par ailleurs, la co-évolution des compartiments génétiques a conduit à une co-adaptation nucléo-cytoplasmique dont la rupture peut avoir des conséquences majeures sur le phénotype des plantes. Toutefois, les bases génétiques, moléculaires, et physiologiques de l’implication des génomes mt et pt dans ces adaptations sont très peu étudiées.
Ce projet aborde ces deux phénomènes étroitement liés (adaptation au milieu, co-adaptation des génomes), chez l’espèce modèle Arabidopsis thaliana. Nous avons récemment décrit la diversité cytoplasmique au sein d’une collection d’accessions d’origines géographiques variées, et montré qu’il existe une co-adaptation nucléo-cytoplasmique au sein de la diversité naturelle chez cette espèce (Moison et al, 2010, Plant J 63:728-38). Par ailleurs, des variations génétiques corrélées à l’adaptation au climat ont récemment été décrites chez A. thaliana, certaines d’entre elles étant impliquées dans des processus biologiques où interviennent le chloroplaste et la mitochondrie (photosynthèse, métabolisme énergétique) (Hancock et al, 2011, Science 34:83-86 ; Fournier-Level et al, 2011, Science 34:86-89). Enfin, des caractères potentiellement adaptatifs comme l’efficacité d’utilisation de l’eau (WUE), la dormance et la vigueur germinative sont modifiés par des variations cytoplasmiques chez cette espèce (McKay et al, 2008, Evolution 62:3014-26 ; Corey et al, 1976, Genetics 82:677-83 ; nos résultats non publiés).
Dans ce projet, nous exploitons une ressource génétique inédite : une collection de 56 cytolignées (lignées possédant le génome nucléaire d’une accession et les génomes cytoplasmiques d’une autre) produites à partir des 8 accessions de la plus petite core-collection du Centre de Ressources de Versailles (McKhann et al, 2004, Plant J 38:193-202). Ces nouvelles combinaisons génétiques seront utilisées pour :
1. Identifier des gènes nucléaires et cytoplasmiques impliqués dans la co-adaptation entre compartiments génétiques, en exploitant une combinaison génétique particulière dans laquelle la rupture de cette co-adaptation provoque une stérilité mâle.
2. Evaluer l’impact phénotypique des variations génétiques cytoplasmiques et des interactions noyau-cytoplasme à différents niveaux d’intégration pour des traits potentiellement adaptatifs à des changements environnementaux.
3. Etablir des corrélations entre traits mesurés à différents niveaux d’intégration.
4. Identifier dans les différents compartiments génétiques des régions génomiques susceptibles d’être impliquées dans l’adaptation des plantes à leur milieu et/ou dans la co-adaptation nucléo-cytoplasmique.