Etude intégrée de la convergence génomique au sein de trois groupes d'espèces – CONVERGENOMIX

Les yeux des pieuvres et des vertébrés, les ailes des oiseaux, des chauve-souris et des insectes, les mammifères marsupiaux d’Australie et placentaires de l’ancien monde sont de célèbres exemples d’évolution convergente dans l’histoire des animaux. Loin d’être des exceptions, ces exemples sont caractéristiques d’un phénomène fréquent, que l’on comprend cependant très mal. En effet, dans le cas général, on ne sait pas à quel point l’évolution de phénotypes convergents repose sur des changements génomiques eux-mêmes convergents. Répondre à cette question permettrait de mesurer à quel point l’évolution de nouvelles caractéristiques est contrainte par un contexte génomique, et peut donc être prédite.
La recherche des causes génomiques des convergences phénotypiques peut désormais être entreprise grâce aux progrès des techniques de séquençage. Les premiers travaux qui ont été effectués ont soulevé davantage d’interrogations qu’ils n’ont résolu de problème. En effet, certaines études trouvent des quantités massives d’évolution génomique convergente à l’origine des phénotypes convergents, alors que d’autres trouvent tout le contraire : pas davantage de convergences génomiques en présence de convergences phénotypiques. Cette situation paradoxale a deux sources. Tout d’abord, des jeux de données peu adaptés, où l’on recherche des traces de convergence chez seulement deux espèces, alors qu’il en faudrait davantage pour pouvoir identifier les convergences associées au phénotype d’intérêt. Ensuite, des méthodes peu testées, insuffisamment validées, et appliquées à un seul jeu de données.
Nous allons remédier à ces deux problèmes en générant trois jeux de données indépendants dans lesquels les convergences phénotypiques sont nombreuses et en développant un ensemble de méthodes robustes et statistiquement puissantes. Notre consortium regroupe 4 équipes aux expertises complémentaires. 3 équipes sont chacunes spécialistes d’un groupe d’animal montrant un ensemble spectaculaire de convergences phénotypiques associées à des changements d’habitats: transitions vers la surface d’eau de mer pour des insectes vivant en surface d’eau, colonisations du milieu souterrain pour des isopodes, transitions vers des milieux arides pour des rongeurs. La quatrième équipe est spécialiste de génomique et bioinformatique. Dans un premier temps, nous générerons des jeux de données génomiques et transcriptomiques équivalents pour chacun des trois groupes d’animaux. Ensuite, nous appliquerons à tous le même ensemble de méthodes bioinformatiques pour identifier parmi l’ensemble des changements de séquence et de niveaux d’expression ceux qui sont reliés à l’évolution convergente des phénotypes. Ces études dans trois groupes distincts d’animaux nous permettront de quantifier la part d’évolution génomique convergente qui est associée à des évolutions phénotypiques convergentes, et de quantifier à l’inverse la part d’évolution génomique convergente qui apparaît indépendamment du phénotype.
Ce projet est réaliste car basé sur un ensemble de résultats préliminaires prometteurs : des jeux de données partiels pour chacun des groupes sont déjà disponibles, ce qui a permis de valider certaines idées-forces qui seront implémentées dans les méthodes bioinformatiques d’analyse. L’utilisation de trois jeux de données distincts nous donnera les moyens de généraliser les conclusions obtenues pour en extraire des hypothèses concernant l’évolution convergente des phénotypes à l’échelle de tous les animaux. Les méthodes validées sur les trois jeux de données seront mises à disposition de la communauté afin de faire progresser la compréhension des sources génomiques de l’évolution des phénotypes.