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Impact de la domestication des espèces végétales sur l‘expression des génomes

Publié le 18/01/2018

les phénomènes sélectifs, tels que la domestication, ont de profondes conséquences à l’échelle du génome

Dans le cadre du projet ARCAD, deux études novatrices ont permis de mettre en évidence le rôle prépondérant du phénomène de conversion génique (gBGC) par rapport à la sélection sur les variations de composition en bases G et C chez 11 espèces d’angiospermes et le profond dérèglement transcriptionnel induit par la domestication chez une espèce d’intérêt agronomique, telle que la tomate.

La génomique moderne permet d’élucider les conséquences au niveau génétique des processus sélectifs qu’ont subi les espèces d’intérêt agronomique au cours de leur histoire évolutive (macro-échelle) et au cours de leur domestication (micro-échelle). Dans le cadre du projet ARCAD, financé par la Fondation Agropolis, le travail combiné de plusieurs équipes de recherche du CIRAD, de l’IRD, de SupAgro Montpellier et de l’INRA avait notamment pour objectif d’étudier les causes des variations de la composition en bases G et C du génome chez les angiospermes car les causes de ces variations restent débattues mais aussi de mettre en évidence des modifications transcriptionnelles (niveau d’expression des gènes) induites par le processus de domestication, induisant ainsi une réduction du potentiel adaptatif des populations domestiquées. La première étude s’est basée sur la comparaison des patrons de polymorphismes chez 11 espèces d’angiospermes alors que la seconde étude s’est concentrée sur la tomate.

Le premier résultat de ces travaux est la mise à disposition de la communauté scientifique d’un très large jeu de données composé de plus de 160 transcriptomes de plantes pour 13 espèces végétales différentes. Pour chacune des espèces, des transcriptomes de variétés cultivées et sauvages ont été obtenus. A l’aide de ces données, la première étude [1] a permis d’étudier plus finement les processus sélectifs agissant sur le biais d’usage du code génétique et ont notamment démontré que, contrairement à ce qui a été mis en évidence précédemment, le phénomène de biais de conversion génique (gBGC) était la cause principale de la variation de la composition en bases G et C des 11 espèces étudiées, alors que la sélection ne joue qu’un rôle mineur dans ce processus. La seconde étude [2], a permis de révéler les profondes modifications transcriptionnelles induites par le processus de domestication chez la tomate cultivée (Solanum lycopersicum) en comparaison à la tomate sauvage (S. pimpinellifolium). A l’échelle du génome, non seulement, plus de 1700 gènes ont vu leur niveau d’expression modifié suite à ce processus anthropique mais il a été combiné à une perte plus significative de diversité génétique pour ce type de gènes différentiellement exprimés.

En termes de perspectives, la première étude ouvre de nouvelles voies vers la compréhension des mécanismes sous-jacents à la variation de la composition des génomes en bases G et C et notamment la prise en compte du biais introduit par le phénomène de conversion génique (gBGC) dans l’étude des phénomènes adaptatifs notamment chez les espèces dont le génome est riche en GC. La seconde étude démontre également que les phénomènes sélectifs, tels que la domestication, ont de profondes conséquences à l’échelle du génome et ne peuvent plus être ignorés notamment dans le contexte de l’amélioration des caractères d’intérêt agronomiques.

Ces travaux ont été valorisés sous la forme de publications scientifiques et les données et méthodes analytiques également diffusées pour un usage libre.

Références bibliographiques : 
[1] Clément et al. 2017 PLoSGenetics 13(5) e1006799 (doi : 10.1371/journal.pgen.1006799)
[2] Sauvage et al. 2017 Plant Journal 91(4) 631-645 (doi : 10.1111/tpj.13592)

Contact : Sauvage Christopher, Unité 1052 GAFL, Département BAP, Centre INRA de PACA