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

Génomique et adaptation des traits de vie des champignons impliqués dans les interactions plante-pathogène – GANDALF

GANDALF : Génomique et adaptation des traits d’histoire de vie des champignons impliqués dans les interactions avec la plante hôte

Le projet GANDALF se propose d'utiliser une approche de génomique des populations, sans a priori sur les gènes, pour analyser les processus impliqués dans l'adaptation des parasites fongiques à leurs plante-hôte.

Apport de la génomique des populations pour la compréhension de l'adaptation des pathogènes fongiques à la plante-hôte

Les parasites sont capables d'évoluer rapidement pour s'adapter à leur hôte, mais les bases moléculaires de cette adaptation restent mal comprises. L'identification des polymorphismes sélectionnés dans les populations de champignons pathogènes aidera à comprendre les processus évolutifs qui sous-tendent l'adaptation à la plante-hôte (spécialisation plante-hôte, virulence, agressivité). Récemment, il a été proposé que les mêmes mécanismes moléculaires pourraient être à l'origine de ces différents mécanismes d'adaptation des parasites à la plante hôte. <br />Dans ce contexte, les questions auxquelles GANDALF cherche à répondre sont : <br />- Quelles sont les bases génomiques de l’adaptation des pathogènes à leur plante ho^te (spécialisation, virulence, agressivité) ? <br />- Quelle est la dynamique évolutive de ces facteurs dans les populations soumises a` la pression de sélection de la plante hôte ?

Dans ce contexte, le projet ANR Gandalf (2013-2016) se propose d'utiliser une approche de ge´nomique des populations, sans a priori sur les ge`nes implique´s dans l'adaptation, pour analyser les processus d'adaptation chez les parasites de plantes. Le projet s’intérrese a` un ensemble de patron d’adaptation sur un gradient e´cologique allant de la spe´cialisation plante-ho^te a` l'adaptation a` la re´sistance quantitative, en passant par l’adaptation au cultivar.
Le projet réunit 11 équipes (INRA, CNRS, CIRAD) travaillant sur 9 espèces de champignons/oomycètes pathogènes pour lesquels le génome a été complètement séquencé :

En cours

En cours

En cours

Les agents pathogènes des plantes évoluent rapidement et sont capables de contourner ou d’éroder les résistances de leur hôte. Cependant, les bases moléculaires et processus de cette adaptation restent encore mal compris. Les gènes des champignons pathogènes peuvent déterminer qualitativement si un génotype de la plante peut être infecté ou non (cad spécialisation d'hôte et/ou virulence vs avirulence) ou peuvent déterminer quantitativement la capacité du champignon à surmonter les défenses basales de la plante-hôte (cad agressivité). Il a été proposé que ces traits, apparemment distincts chez les champignons, pourraient en fait être gouvernées par les mêmes déterminants génétiques. L’identification des polymorphismes adaptatifs dans les populations de champignons pathogènes permettra d’élucider les processus évolutifs qui sous-tendent l'adaptation à la plante-hôte.

Tirant parti des nouvelles technologies de séquençage à haut-débit, le projet GANDALF se propose d'utiliser une approche de génomique des populations et d’ écologie-inverse (cad sans a priori sur les gènes impliqués dans l'adaptation d'hôte) pour étudier les processus d'adaptation dans un continuum écologique allant de la spécialisation plante-hôte (qualitative) jusqu’à l’agressivité (quantitative). GANDALF rassemble des scientifiques d’unités et d'institutions différentes ayant une expertise reconnue internationalement en pathologie végétale, génomique, bioinformatique, génétique évolutive et modélisation (équipes classées A par l'AERES, 4 étant A+). Ce consortium nous permet d’unifier nos approches en choisissant neuf espèces de champignons phytopathogènes modèles, couvrant un large éventail de traits d'histoire de vie (biotrophe ou nécrotrophe, champignon ou oomycète, etc.) et présentant tous des génomes disponibles.

La première étape du projet vise à phénotyper un grand nombre de souches de chaque espèce, issues de croisements contrôlés ou de populations naturelles, pour les traits d’histoire de vie associés à l'adaptation à la plante hôte (Tâche 1). Plusieurs dizaines de souches de ces pathogènes seront ensuite re-séquençées en utilisant les nouvelles technologies de séquençage à haut-débit, afin de révéler le polymorphisme au niveau intra- et inter-populations des pathogènes étudiés (Tâche 2). Les polymorphismes détectés à l’échelle du génome seront ensuite analysés en utilisant soit une approche de génétique d’association (Tâche 3) soit une approche de ‘genome scan’ (Tâche 5). La cartographie des traits d’histoire de vie sera réalisée à partir de l’analyse de descendances ou de populations panmictiques présentant des phénotypes tranchés. Pour le ‘genome scan’ nous développerons une nouvelle méthode d’analyse. En effet, les champignons pathogènes étant soumis à d’importantes variations démographiques, nous avons besoin de développer une méthode capable d'inférer ces paramètres démographiques afin de détecter la sélection sous des modèles de démographie complexe (Tâche 4). Cette méthode sera ensuite utilisée pour conduire la recherche des loci sous sélection dans les génomes des espèces qui auront été re-séquencés (Tâche 5). La validation des loci candidats se fera par génotypage de populations naturelles ou de collections d’isolats complémentaires dans le but de confirmer l’association génotype/phénotype détectée dans les tâches 3 et 5. Enfin, les bases génétiques de l'adaptation à la plante-hôte seront comparées entre les espèces de champignons et le long du continuum spécialisation écologique / virulence / agressivité.

Ce projet permettra une avancée sans précédent dans la compréhension des processus d’adaptation chez les eucaryotes et des bases génomiques de l’évolution des champignons phytopathogènes. Il permettra en outre de développer de solides compétences pour l’utilisation des nouvelles technologies de séquençage dans de nombreuse équipes françaises, et ainsi de renforcer leur excellence scientifique au niveau international.

Coordinateur du projet

Monsieur François DELMOTTE (UMR 1065 Santé et Agroécologie du Vignoble) – francois.delmotte@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

BIOGER Biologie et Gestion des Risques en Agriculture - Champignons Pathogènes des Plantes - UR 1290
SAVE UMR 1065 Santé et Agroécologie du Vignoble
ESE Ecologie et Systématique - UMR 8079
BGPI Biologie et Génétique des Interactions Plante-Parasite - UMR 385/54
LIPM Laboratoire des Interactions Plantes Microorganismes - UMR 441/2594
URGI Unité de Recherche Génomique et Info - UR 1164
IRHS Institut de Recherche Horticulture et Semences - UMR 077
BIOGECO Biodiversité, Gènes et Communautés - UMR 1202
IAM Interaction Arbre-Microorganisme - UMR 1136

Aide de l'ANR 794 078 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2012 - 48 Mois

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