Le rôle de l'architecture génétique du développement dans les tendances évolutives – DevEvolTrends

La mutation est la source ultime de variation phénotypique au cours de l'évolution. La mutation au hasard ne se traduit cependant pas par une variation phénotypique isotrope dans toutes les directions de l'espace des phénotypes, parce que le développement limite et biaise l'éventail de phénotypes induit par la mutation. Ainsi, l'éventail de phénotypes atteint par mutation est fondamental pour déterminer les trajectoires phénotypiques potentielles qui peuvent être explorées par l'évolution. Si et comment de tels biais dans l'introduction de la variation phénotypique peuvent influer sur les tendances évolutives - des directions particulières de variation évolutive dans l'espace phénotypique - restent très mal compris. Dans ce projet, nous visons à produire des connaissances empiriques sur la nature et l'évolution de la variance mutationnelle d'un système de développement.
Nos objectifs principaux intégreront l'emploi de lignées de mutation au hasard, de génétique quantitative et d'analyses développementales pour explorer si et comment une sensibilité mutationnelle différentielle de destinées cellulaires spécifiques peut expliquer les patrons évolutifs divergents aux échelles intra- et inter-spécifiques. Comme système modèle, nous proposons d'étudier la variation de destinées de six cellules homologues trouvées dans de nombreux taxons de nématodes, les cellules précurseurs de la vulve, appelées P3.p à P8.p suivant leur position antéro-postérieure le long de l'épiderme ventral. Les destinées développementales de ces cellules montrent des patrons évolutifs distincts dans deux clades de nématodes: dans le genre Caenorhabditis, la destinée de la cellule P3.p est celle qui varie le plus au cours de l'évolution, alors que dans le genre Oscheius, ce sont les destinées de P4.p et P8.p qui varient le plus. Ainsi, les tendances évolutives dans les destinées de P(3-8).p diffèrent entre les deux genres de nématodes. Nous avons précédemment montré que dans les deux espèces de Caenorhabditis testées, la destinée cellulaire de P3.p était la plus sensible à la mutation au hasard, ce qui coïncide avec la tendance évolutive au sein de ce genre. Ici nous faisons l'hypothèse que les différences de tendances évolutives observées entre Caenorhabditis et Oscheius sont dues en partie à une mutabilité différentielle au niveau phénotypique (évolution des variances mutationnelles) à travers l'architecture génétique du développement, dépendant de l'espèce et du fonds génétique.
Spécifiquement, nous proposons (1) de quantifier et comparer les mutabilités de ces six destinées cellulaires en construisant et phénotypant des lignées de mutation au hasard à partir de souches sauvages de Caenorhabditis et Oscheius, (2) de connecter ces données expérimentales avec les patrons de variation intra- et inter-spécifiques de ces caractères en utilisant un large éventail de souches sauvages des deux genres et en étudiant l'architecture génétique de la variation naturelle, et (3) de caractériser la base développementale de cette mutabilité différentielle en déterminant les mutations causales dans les lignées de mutation et en les utilisant pour des expériences de mutations réciproques de gènes homologues et des mesures développementales. L'identification des caractéristiques du système de développement les plus sensibles à la mutation indiquera les axes de variation évolutive potentielle. Nous serons alors en mesure de comparer ces résultats aux tendances évolutives naturelles observées, nous permettant de déterminer les rôles relatifs de la mutation et de la sélection dans la formation de ces tendances évolutives. Les résultats seront parmi les premiers à connecter causalement la mutabilité (variance mutationnelle), la biologie du développement et les tendances évolutives, et ceci en contrastant deux clades. Notre approche expérimentale est unique en ce qu'elle intègre des analyses moléculaires, développementales et évolutives au niveau de cellules homologues.