BIOADAPT 2013 - Adaptation - des gènes aux populations. Génétique et biologie de l'adaptation aux stress et aux perturbations

Le rôle de la diversité génétique et de la plasticité phénotypique dans l’adaptation aux changements environmentaux: Une analyse génomique de l’invasion biologique – GENESIS

Le rôle de la diversité génétique et de la plasticité phénotypique

De façon théorique les variations génétiques et phénotypiques peuvent maintenir la bonne santé des populations. Pour autant deux questions importantes restent sans réponses : Est-ce que de faibles variations génétiques neutres indiquent un faible potentiel adaptatif aux futures changements climatiques ? Quel est le rôle de la plasticité phénotypique dans le maintient de capacité adaptative des espèces aux challenges environnementaux ?

De déterminer le rôle de la diversité génétique et de la plasticité phénotypique dans les processus d’adaptation aux changements environnementaux

Le but global de ce projet est de répondre à une question centrale en conservation de la Biologie : Quel est le rôle de la diversité génétique et de la plasticité phénotypique dans l’adaptation des espèces animales aux changements environnementaux ? Les réponses viendront d’une approche intégrée faisant appel aux dernières avancées technologiques en matière de génomique, combiné à des expérimentations de traits biologiques important pour l’écologie des espèces comme la croissance, la maturité sexuelle, la fécondité, les niches trophiques, la morphologie et le comportement reproductif.

GENESIS est structuré autour de 6 tâches. LA première tâche est purement administrative (gestion du projet) et est coordonnée par Rodolphe Gozlan (IRD). Cela consiste principalement dans l’organisation des réunions de travail, la rédaction des rapports intermédiaires et de s’assurer la bonne progression du projet. La seconde tâche est coordonnées par André Gilles (AMU) et a pour but d’utiliser le séquençage par RAD-tag afin d’approfondir notre connaissance ‘génomique’ du modèle biologique et consiste en un scan du génomes du goujon Asiatique à l’aide de la techniques Illumina sequenced RAD tags. La troisième tâche est expérimentale et elle est coordonnée par Simon Blanchet (SEEM). Cette tâchea pour but de quantifier la plasticité phénotypique adaptative et non-adaptative avec une approche en mésocosmes. Les réponses de traits liés à la fitness des individus natifs et invasifs seront quantifiées sur un gradient de températures. La quatrième tâche coordonnée par Jean-François Martin (INRA-CBGP) a pour but d’estimer la par hééditaire de ces traits biologiques liés à la fitness des individus. Ceci sera fait par l’analyse moléculaire de pédigrées établient sur les collections des individus utilisés dans les expérimentations (tâche 3). La cinquième tâche est coordonnée par Robert Britton (BU) et sera de quantifier la plasticité naturelle des traits biologiques de cet espèce de poisson dans les populations naturelles natives ou invasives. La dernière tâche consiste à la valorisation et bonne dissémination des résultats de cette étude. Elle est coordonnée par R.E. Gozlan.

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1. Fletcher D. (PhD1), Gillingham P. Gozlan R.E. (2015) The role of native genetic lineages in predicting climate suitability of invasive species. Global Environmental Change (submitted).
2. Fletcher D. (PhD1), Gillingham P., Britton JR, Blanchet S.

GENESIS a été structuré de façon à répondre à des questions de type fondamental et appliquées sur les adaptations biologiques aux changements globaux mais aussi locaux de l’environnement. Maintenir la stabilité et le fonctionnement des écosystèmes au regard des changements globaux représente probablement l’enjeu le plus important des décennies à venir afin de gérer la conservation biologique. Ne pas arriver à répondre à ces enjeux environnementaux aura de sévères répercutions socio-économiques. Un des points clé de la mise en place de ces stratégies de la conservation biologique repose sur une bonne compréhension de l’influence de la structure des populations sur le potentiel adaptatif des populations sauvages aux conditions environnementales. GENESIS se propose d’adresser une question centrale dans la conservation de la biologie qui est « le rôle de la diversité génétique et de la plasticité phénotypique dans l’adaptation aux changements de conditions environnementales ».

GENESIS utilise le cadre des invasions biologiques afin de répondre à ces questions. C’est un cadre d’étude particulièrement pertinent car le défi pour une espèce invasive est celui de répondre rapidement et efficacement au régime sélectif imposé par le nouvel écosystème colonisé afin de s’adapter et d’établir une population. En plus, une série d’échantillonnages aléatoires au cours du processus de colonisation devrait générer une forte dérive génétique au sein des populations envahissantes. Ainsi, la majorité des études liées à ces questions met en évidence des changements phénotypiques marqués dans ces populations invasives.

Amener un support empirique à ces débats a été très difficile car cela nécessite une compréhension génomique des relations entre loci neutres et d’autres sous sélection et du rôle de la plasticité phénotypique pour le maintien de « fitness » dans un nouvel environnement, aux conditions environnementales souvent très contrastées. L’approche génomique combinée à des études de traits biologiques écologiquement significatifs est une opportunité de répondre à ces interrogations. Les techniques de séquençage de dernière génération permettent à l’heure actuelle un scan complet du génome et ainsi d’aller plus loin que les études actuelles qui portent sur un petit nombre de loci supposés neutres. De même, de récentes avancées dans l’analyse des données génétiques, ont ainsi mis en place les outils permettant d’extrapoler les processus évolutifs dans les populations sauvages à partir de données moléculaires. De telles données sur l’héritabilité de traits biologiques ou comportements écologiquement significatifs sont cruciales pour prédire de façon précise les réponses des espèces aux pressions de sélection et par la même, représentent donc un des aspects majeurs de GENESIS.

Ce travail se fera par une approche intégrée de l’état de l’art en matière génomique combinée à une approche expérimentale des traits biologiques. Le modèle d’étude est le Pseudorasbora parva, un petit poisson natif de l’Est de l’Asie. C’est un modèle idéal pour GENESIS car 1) il a été très bien étudié avec une très bonne connaissance de l’historique de l’invasion ainsi que des traits d’histoire de vie et de la diversité génétique (native et invasive) ce qui est un élément essentiel pour une solide structuration du questionnement scientifique ; 2) il est considéré en Europe comme le poisson invasif le plus dangereux avec un grand impact sur la biodiversité aquatique du à sa forte compétitivité trophique mais aussi en tant que porteur sain d’une maladie infectieuse atteignant de nombreuses espèces de poissons Européens ; 3) une collection importante déjà existante de spécimens couvrant 22 populations natives et 25 invasives pourra être utilisée pour l’analyse génétique, morphologique et également celle des traits d’histoire de vie ; 4) c’est aussi un modèle idéal pour l’expérimentation eu égard à sa une petite taille, sa reproduction très rapide et sa faible longévité 3-4 ans.

Coordinateur du projet

Monsieur Rodolphe Gozlan (Institut de Recherche pour le Développement, Biologie des Organismes et Ecosystèmes Aquatiques) – rudy.gozlan@ird.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

SEEM Station d'Écologie Expérimentale à Moulis
CNRS DR12 _ IMBE Centre National de la Recherche Scientifique Délégation Provence et Corse _ Institut Méditerranéen de Biodiversité et d'Ecologie
CBGP Centre de Biologie pour la Gestion des Populations
BU Bournemouth University
BOREA Institut de Recherche pour le Développement, Biologie des Organismes et Ecosystèmes Aquatiques

Aide de l'ANR 431 144 euros
Début et durée du projet scientifique : novembre 2013 - 48 Mois

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