Mieux appréhender un avenir plus sec et les modifications potentielles de la composition génétique des populations d’arbres forestiers
L’identification des gènes qui permettent aux espèces de s’adapter à leur environnement est l’un des principaux objectifs de la recherche évolutionniste. La plupart des processus d’adaptation sont dits «polygéniques», c’est-à-dire qu’ils impliquent la modification de nombreux gènes. La mauvaise nouvelle est que, statistiquement, il est extrêmement difficile d’identifier les signaux subtils de l’adaptation polygénique à partir des données génomiques. En effet, différents loci (gènes placés à des positions spécifiques sur un chromosome) peuvent interagir les uns avec les autres de manière potentiellement inégale et non linéaire.
Identifier la signature de la sélection en vue de l’adaptation
«L’objectif principal de FORGENET(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) était d’étudier les performances des tests en matière de statistiques afin de détecter la signature génomique de l’adaptation polygénique dans des ensembles de données simulées et réelles», souligne Katalin Csilléry, titulaire d’une bourse Marie Skłodowska-Curie à l’Université de Zurich(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). Des tests par paires ont été appliqués afin de détecter des associations non aléatoires entre les loci au sein des populations. Cela révèle la signature que la sélection laisse derrière elle et qui indique l’adaptation. «Pendant la phase d’exécution, nous avons mis en œuvre un modèle d’interactions entre les gènes dans Nemo, un simulateur des temps futurs basé sur l’individu. Ce nouvel outil tient explicitement compte des interactions entre les loci en affectant un trait contrôlé par de nombreux gènes et s’avère capable de fournir des données à l’échelle du génome pour une grande variété de scénarios démographiques», explique Katalin Csilléry. En explorant l’effet des interactions entre les gènes sur l’adaptation, plusieurs paramètres clés ont été modifiés. Il s’agit notamment du degré de flux de gènes, du taux de mutation, du taux de recombinaison, de la variance de sélection et de la force des interactions entre les loci. «De manière significative, nous avons découvert que les interactions entre les gènes peuvent favoriser l’adaptation dans un environnement changeant», souligne Katalin Csilléry. Les populations se sont adaptées plus rapidement et se sont plus rapprochées d’un optimum phénotypique que dans un scénario où chaque gène agissait indépendamment. L’étape suivante consistait à analyser si ces résultats obtenus via des simulations pouvaient être confirmés par des données réelles. «En collaboration avec Olivier François, professeur à l’Université de Grenoble, et avec Pär Ingvarsson, professeur à l’Université suédoise des sciences agricoles, nous appliquons des tests par paires adaptés à la photopériode (périodes de lumière et d’obscurité) chez Arabidopsis thaliana et le tremble d’Europe (Populus tremula).» Les données ont été recueillies auprès de populations provenant des mêmes régions de Suède pour les deux espèces. La photopériode est censée être le principal facteur sélectif du moment de la formation des bourgeons entre les populations de trembles du nord et du sud de la Suède. Cette analyse est toujours en cours.
La tolérance à la sécheresse des arbres forestiers: une donnée particulièrement pertinente aujourd’hui
FORGENET a évalué la tolérance à la sécheresse d’un conifère européen important sur le plan écologique et économique: le sapin argenté (Abies alba). Pour ce faire, une approche génétique quantitative évolutive (de nombreux gènes en contrôle) a été adoptée. Les populations originaires de zones à faible capacité de rétention d’eau du sol étaient plus tolérantes à la sécheresse que d’autres. «Cependant, ces populations présentaient également un taux de croissance lent qui pouvait être en conflit avec les intérêts des forestiers», ajoute-t-elle. De nombreuses espèces d’arbres forestiers sont menacées par le changement climatique dans leurs habitats de croissance actuels et être en mesure d’estimer leur capacité d’adaptation est un des objectifs prioritaires clés de la recherche européenne. Katalin Csilléry résume: «Les résultats de cette étude peuvent maintenant être utilisés pour sélectionner des populations pour leurs données génomiques dans l’objectif d’identifier les réseaux de gènes qui jouent un rôle dans l’adaptation de la réponse au stress lié à la sécheresse.» Les résultats ont fait l’objet d’une publication soumise à comité de lecture(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre).
FORGENET commercialise sa marque spécifique d’analyse génomique à partir de mégadonnées
Un cours d’été de lancement axé sur l’adaptation polygénique et un symposium de recherche sur la détection du signal génomique de l’adaptation polygénique et le rôle de l’épistasie dans l’évolution ont permis de diffuser l’approche FORGENET pour l’analyse des données génomiques. Une publication à comité de lecture dans Molecular Ecology(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) porte le même titre que le symposium.
