La domestication comme un pas vers l'isolement reproducteur – DomIsol

Le projet DOMISOL vise à caractériser l'étendue et la nature moléculaire des barrières reproductives entre ces formes, et à étudier les processus évolutifs sous-jacents. En raison de leur divergence récente, les systèmes sauvages/domestiques permettent d’étudier les barrières reproductives à un stade très précoce de leur mise en place. Nous proposons ici de mettre l'accent sur 14 systèmes sauvages/domestiques représentant un continuum de divergence afin d'entreprendre une approche comparative. Nous poursuivons deux objectifs majeurs. Le premier est de tirer parti de cette grande diversité de systèmes pour effectuer une évaluation quantitative des barrières reproductives chez les hybrides F1 issus de croisements sauvages x domestiques ; et d'étudier les liens entre ces barrières, l’histoire évolutive de ces formes, leur divergence phénotypique et génomique, afin d’inférer les paramètres évolutifs qui déterminent l’intensité de leur isolement reproducteur. Le second est de nous concentrer sur trois des 14 systèmes afin d’affiner notre compréhension des mécanismes moléculaires sous-jacents à l'isolement reproducteur. Ceci inclut une description des changements transcriptionnels chez les hybrides F1 ainsi qu’une détection des distorsions de ségrégation dans les descendances F1 et F2 qui pourront être utilisées ensuite pour cartographier des locus impliqués dans la dépression des formes hybrides.

Nous avons généré un vaste ensemble de données de re-séquençage du génome entier pour 14 paires de paires sauvages-domestiques. Nous travaillons actuellement sur des méthodes de détection des régions génomiques impliqués dans l’isolement reproducteur en réalisant des simulations.
Nous avons mené un travail collaboratif sur deux projets parallèles liés à la domestication et au flux de gènes entre sauvages et domestiques.
- une étude de simulations pour étudier l'impact de la domestication sur les réseaux de régulation de l’expression des gènes. Sur la base de quatre de nos 14 systèmes, les simulations prédisent un changement dans la variance de l'expression génique qui dépend fortement du scénario de domestication de l'espèce, une plasticité inadaptée transitoire et un remaniement profond des réseaux vers un gain d'interactions régulatrices se traduisant par une augmentation globale des corrélations génétiques entre les expressions géniques et une perte de modularité. Cette étude contribue à définir un syndrome de domestication moléculaire.
- Nous avons contribué à une étude mettant en évidence comment, des flux de gènes du maïs vers leurs apparentés sauvages, les téosintes, ont contribué à l'acquisition d'un allèle de floraison précoce et d’un allèle de résistance à un herbicide, facilitant ainsi l'adaptation des téosintes mexicaines aux latitudes européennes. Il s’agit de l'un des premiers exemples documentés d’introgression adaptative des formes domestiques vers les formes sauvages qui a contribué à l’établissement rapide d'une espèce exotique introduite, devenue une adventice nuisible.

Les résultats apporteront une meilleure compréhension des processus à l'œuvre dans les toutes premières étapes de l’isolement reproducteur, et de leurs conséquences en termes de valeur sélective ; mais contribueront également à caractériser l'étendue et la nature génétique des obstacles à la reproduction entre formes sauvages et cultivées. Ceci est une étape indispensable pour les surmonter et exploiter pleinement le réservoir d'allèles adaptatifs pour améliorer la durabilité des cultures au sein des agro-écosystèmes. Les données produites serviront de base à des enseignements pratiques sur l’utilisation des données de séquençage haut-débit en amélioration des plantes, et permettront aussi de sensibiliser le grand public à l’importance de la préservation des populations sauvages.

Le Corre V., Siol M., Vigouroux Y., Tenaillon M.I., Délye C. 2020. Adaptive introgression from maize has facilitated the establishment of a teosinte as a noxious weed in Europe. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 117(41): 25618-25627.

Preprint: Burban E., Tenaillon M.I., Le Rouzic A. Gene network simulation provide testable predictions for the molecular domestication syndrome. doi: doi.org/10.1101/2021.03.19.436202

Le changement climatique constitue le principal défi auquel nous sommes confrontés pour la production alimentaire. L'augmentation des températures et de la variabilité des précipitations affectent directement l'environnement abiotique des cultures, leur distribution géographique et leurs interactions biotiques entraînant une plus grande vulnérabilité. Repenser de nouvelles stratégies qui atténueront ces impacts est une priorité pour l’agriculture.
Contrairement aux formes cultivées et entretenues par l'homme, les plantes sauvages apparentées aux cultures sont confrontées à des défis continus dans leur environnement naturel et présentent une diversité génétique supérieure à celle des formes cultivées. Elles constituent ainsi un réservoir inexploité d'allèles, qui pourrait être utilisé pour augmenter la capacité adaptative des espèces cultivées face aux changements globaux. L’exploitation génétique des apparentés sauvages en amélioration des cultures constitue une stratégie alternative clé à l’utilisation massive d’intrants, pour promouvoir la durabilité des agroécosystèmes. Elle est cependant conditionnée par les compatibilités de croisements entre les formes sauvages et domestiques et la fertilité des descendances qui en résultent.
Le projet DOMISOL vise à caractériser l'étendue et la nature moléculaire des barrières reproductives entre ces formes, et à étudier les processus évolutifs sous-jacents. En raison de leur divergence récente, les systèmes sauvages/domestiques permettent d’étudier les barrières reproductives à un stade très précoce de leur mise en place. Nous proposons ici de mettre l'accent sur 14 systèmes sauvages/domestiques représentant un continuum de divergence afin d'entreprendre une approche comparative. Nous poursuivons deux objectifs majeurs. Le premier est de tirer parti de cette grande diversité de systèmes pour effectuer une évaluation quantitative des barrières reproductives chez les hybrides F1 issus de croisements sauvages x domestiques ; et d'étudier les liens entre ces barrières, l’histoire évolutive de ces formes, leur divergence phénotypique et génomique, afin d’inférer les paramètres évolutifs qui déterminent l’intensité de leur isolement reproducteur. Le second est de nous concentrer sur trois des 14 systèmes afin d’affiner notre compréhension des mécanismes moléculaires sous-jacents à l'isolement reproducteur. Ceci inclut une description des changements transcriptionnels chez les hybrides F1 ainsi qu’une détection des distorsions de ségrégation dans les descendances F1 et F2 qui pourront être utilisées ensuite pour cartographier des locus impliqués dans la dépression des formes hybrides.
DOMISOL rassemble les expertises complémentaires de quatre partenaires en production et utilisation de ressources génétiques, agronomie, génomique évolutive, génétique végétale, modélisation. Ce projet ambitieux est une opportunité exceptionnelle de produire du matériel génétique unique sur plusieurs systèmes et des jeux de données qui serviront de bases pour des collaborations entre les acteurs de la communauté de génétique et génomique végétale en France. Les résultats apporteront une meilleure compréhension des processus à l'œuvre dans les toutes premières étapes de l’isolement reproducteur, et de leurs conséquences en termes de valeur sélective ; mais contribueront également à caractériser l'étendue et la nature génétique des obstacles à la reproduction entre formes sauvages et cultivées. Ceci est une étape indispensable pour les surmonter et exploiter pleinement le réservoir d'allèles adaptatifs pour améliorer la durabilité des cultures au sein des agro-écosystèmes. Les données produites serviront de base à des enseignements pratiques sur l’utilisation des données de séquençage haut-débit en amélioration des plantes, et permettront aussi de sensibiliser le grand public à l’importance de la préservation des populations sauvages.