Origine des supergenes et traits magiques des orchidées du genre Ophrys – ORIGAMIS

Les orchidées du genre Ophrys possèdent une stratégie de pollinisation fascinante (par leurre sexuel). Leurs fleurs miment les caractéristiques visuelles, olfactives et tactiles d'insectes pollinisateurs femelles, au point que les mâles de ces espèces sont attirés, tentent de s'accoupler avec la fleur, et emportent avec eux du pollen qu'ils transféreront à leur insu sur la fleur d'une autre plante en se faisant duper une nouvelle fois. La fleur d'Ophrys constitue donc un ensemble de 'traits magiques' qui jouent un rôle clé dans le processus de spéciation. Le fort degré de spécialisation de cette interaction plante-insecte serait d’ailleurs un moteur du taux de diversification observé chez Ophrys. Mais ces plantes présentent d'autres caractéristiques qui pourraient permettre de favoriser leur diversification. D'abord, les barrières reproductives encore incomplètes entre la plupart des espèces du genre permettent un certain flux de gènes entre lignées. Or, il est de plus en plus documenté que ces échanges génétiques peuvent être à l'origine de l'acquisition d'une variation adaptative chez les groupes connaissant des radiations évolutives. Ensuite, les Ophrys possèdent un génome de taille importante (> 5 Gpb) et d'une composition complexe (plus de 70% d'éléments transposables) qui pourrait fournir autant de matière première pour générer de la variation, source d'innovation biologique, mais dont l’étude constitue un défi technique. Les Ophrys présentent donc une opportunité rare et peut-être unique pour étudier les prémices de la spéciation jusqu’aux radiations évolutives les plus remarquables en fournissant un système biologique qui combine trois ingrédients particulièrement favorables à la diversification des lignées. Dans ORIGAMIS, nous proposons d’implémenter une approche se basant sur des données multi-omiques (génomique, transcriptomique, métabolomique, phénomique et des proxies de fitness) hautement intégrative pour étudier l’architecture génomique des traits magiques, leur impact sur la divergence des populations, ainsi que la contribution de l’introgression adaptative chez Ophrys aveyronensis, une espèce présentant une aire de distribution disjointe et pour laquelle nous avons pu mettre en évidence des ilots de divergence génomique, et ce à différentes échelles spatiales, et taxonomiques. Ce système permet donc d’étudier les conséquences de l’adaptation parallèle à différentes conditions écologiques dans un contexte géographique « simplifié », faisant suite à une vicariance relativement récente. Nous souhaitons tester si ces îlots de divergence pourraient correspondre à des variants structuraux (notamment des inversions chromosomiques) et, le cas échéant, si ces zones où la recombinaison est réduite pourraient héberger des loci fonctionnant en supergenes et dont l’expression produit des effets pléiotropes sur plusieurs traits du phénotype floral (morphologie, coloration, odeur) et indirectement, sur la capacité des individus à survire et se reproduire. Un phénotypage innovant des plantes au moyen de scanners 3D permettra de quantifier la fleur de façon exhaustive, en produisant des données pérennes et exemptes de biais-expérimentateur. Des analyses faisant appel à l’Intelligence Artificielle seront employées pour identifier les variables les plus pertinentes et les analyser. Enfin, nous étudierons si ces îlots de divergence se sont formés de novo ou auraient pu être acquis par hybridation introgressive à partir d’espèces congénériques sympatriques.
Ce projet pourrait ainsi contribuer à l’émergence d’un nouveau modèle biologique prometteur pour lier les processus à l’œuvre à des échelles micro-évolutives et étudier leurs conséquences à l'échelle des radiations adaptatives, en se basant pour la première fois sur des approches de reséquençage de génome complet et de phénomique, sur un taxon se prêtant bien à la vulgarisation scientifique et aux initiatives de science participative.