CE12 - Génétique, génomique et ARN

Revisiter le cycle de vie de la levure bourgeonnante – BuddY

Résumé de soumission

La levure de boulanger Saccharomyces cerevisiae sert de modèle d’étude du cycle de vie eucaryote depuis près d'un siècle. Ce cycle de vie comprend une alternance entre une phase diploïde et une phase haploïde. Les cellules diploïdes prolifèrent par mitose dans des conditions riches en nutriments et entrent en méiose lors de carence nutritionnelle, aboutissant à la formation de tétrades composées de quatre spores haploïdes. Lors de la germination, les spores de types sexuels opposés croisent pour reformer des cellules diploïdes. Alternativement, des cellules diploïdes se forment aussi grâce au changement de type sexuel spécifique des cellules mères par un mécanisme programmé appelé ‘mating type switching’ leur permettant de croiser avec leurs cellules filles. C’est ce qu’on appelle ‘haploselfing’. Plusieurs études ont montré que les croisements consanguins entre spores ou par haploselfing étaient beaucoup plus fréquents que les croisements entre différentes lignées. Ceci aurait pour conséquence une perte rapide de l’hétérozygotie. Par conséquent, la plupart des isolats naturels devraient être des diploïdes homozygotes.
Contrairement à cette attente, une étude de génomique des populations à grande échelle chez S. cerevisiae a récemment révélé l'importance quantitative d’isolats hétérozygotes et polyploïdes dans les populations domestiques et sauvages. Une telle structure génomique suggère que le cycle de vie de la levure de boulanger serait plus complexe que prévu. La façon dont l'hétérozygotie et la polyploïdie sont générées et maintenues dans la population n’est pas connue. De plus, les données de génomique des populations ont révélé une association étroite entre hétérozygotie et polyploïdie, tous les isolats triploïdes et tétraploïdes étant fortement hétérozygotes. La relation entre la formation de la polyploïdie et de l'hétérozygotie est également inconnue. Dans ce projet, nous émettons l'hypothèse que des chemins alternatifs peuvent exister dans le cycle de vie naturel de la levure de boulanger. Nous suggérons que plusieurs mécanismes tels que le changement non programmé de type sexuel, l'hétérothallisme, la formation et la viabilité réduite des spores, la fusion de cellules et la dioécie pourraient jouer des rôles majeurs mais jusqu’à présent inexplorés dans la formation d’hétérozygotie par l’intermédiaire d’événements de polyploïdisation.
Plus précisément, nous rechercherons les mécanismes et les forces évolutives qui sous-tendent la génération et le maintien d'isolats hautement hétérozygotes et polyploïdes et nous étudierons leurs conséquences sur l'évolution du génome, à travers trois objectifs interconnectés combinant bioinformatique, méthodes d’édition de génome, évolution expérimentale et modélisation mathématique. Nous reconstruirons les événements de croisements qui ont façonné l'histoire évolutive de l'espèce et créerons une banque de souches pour étudier expérimentalement les nouveaux mécanismes impliqués dans le cycle de vie. Nous mesurerons l'impact d'une telle complexité génomique sur les patrons mutationnels et de recombinaison, et utiliserons la modélisation mathématique pour tester des scénarios spécifiques qui expliqueraient dans un cadre évolutif les données de génomique des populations. Ce travail apportera un éclairage nouveau sur la complexité réelle du cycle de vie de S. cerevisiae. Il pourra conduire à la découverte de stratégies sexuelles alternatives avec des conséquences importantes sur la constitution génétique de l'espèce et des répercussions potentielles sur le processus de domestication. Dans l'ensemble, notre travail pourrait servir d’amorçage pour des études fondamentales similaires reconsidérant la complexité du cycle de vie chez d'autres espèces. Finalement, en permettant l’amélioration du contrôle du cycle de vie de la levure de boulanger, notre projet pourrait offrir de nouvelles voies non-OGM pour manipuler les souches de levure industrielles à des fins d’applications biotechnologiques.

Coordination du projet

Gilles FISCHER (Biologie Computationnelle et Quantitative)

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

IFOM Foundation, FIRC Institute of Molecular Oncology and University of Milan / Statistical physics of cells and genomes
CNRS DR12 - CRCM Centre de recherche en cancérologie de Marseille
CQB Biologie Computationnelle et Quantitative
IRCAN Institut de Recherche sur le Cancer et le Vieillissement, Nice

Aide de l'ANR 597 715 euros
Début et durée du projet scientifique : mars 2021 - 48 Mois

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