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Boyrie, Léa. Détection de gènes coadaptés par analyse pangénomique de signatures de sélection épistatique : application chez la légumineuse modèle Medicago truncatula

Boyrie, Léa (2020). Détection de gènes coadaptés par analyse pangénomique de signatures de sélection épistatique : application chez la légumineuse modèle Medicago truncatula.

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Résumé en francais

L'adaptation par sélection naturelle est centrale dans l'évolution des espèces. En ciblant les différences de survie et/ou de reproduction des individus en fonction des changements de l'environnement, la sélection filtre les variants génétiques dans les populations. Les gènes extrêmement conservés sont soumis à la sélection purifiante qui élimine les mutations délétères, alors que d'autres gènes plus polymorphes porteront des mutations positivement sélectionnées dans un certain contexte environnemental. Depuis plus de 20 ans, la modélisation en génétique des populations et l'émergence de technologies de séquençage accélérant l'identification de variants génétiques à l'échelle du génome (e.g. les Single Nucleotide Polymorphisms - SNP) ont permis le développement de nombreuses méthodes statistiques analysant le polymorphisme pour identifier des gènes ou régions du génome présentant des signatures de sélection, tout en tenant compte des autres forces évolutives (dérive génétique, flux géniques) influençant ce polymorphisme. Cependant, elles testent l'hypothèse de sélection indépendamment sur chaque locus et ne permettent pas d'explorer l'interaction entre les allèles des gènes comme cible potentielle de la sélection épistatique. Or, la génétique quantitative et la biologie moderne montrent indiscutablement que les gènes ne sont pas des entités fonctionnellement indépendantes, mais qu'ils sont des éléments interagissant dans des réseaux plus vastes permettant l'expression des caractéristiques biologiques. Cette thèse a pour objectif de proposer un nouveau test statistique qui permet d'identifier des signatures de sélection épistatique, donc des gènes coadaptés, sur la base du déséquilibre de liaison (DL) à l'aide de marqueurs SNP. Dans une première partie, nous décrivons les statistiques proposées, Trv et TcorPC1v, qui comparent des paires de SNP ou de régions génomiques. Elles sont basées sur des travaux récents montrant que le coefficient de corrélation (r), fortement influencé par la structuration génétique des populations et l'apparentement des individus, doit être corrigé (rv) par la matrice d'apparentement entre les individus (V). Couplées à des calculs intensifs, des simulations de données SNP pangénomiques en populations structurées ont permis de démontrer que Trv et TcorPC1v suivent une distribution de Student t(n-2), réduisent fortement le bruit de fond de DL généré par les forces évolutives non sélectives, et ont une bonne puissance de détection. Dans une deuxième partie, nous utilisons l'approche de " Genome-Wide Epistatic Selection Scan " (GWESS) chez la plante modèle Medicago truncatula, où un gène candidat est utilisé comme appât pour calculer sa corrélation avec tous les autres gènes du génome. Suite à l'identification d'une signature de sélection épistatique entre MtSUNN et MtCLE02, codant respectivement pour un récepteur et un peptide de signalisation, une preuve de concept est apportée par la démonstration expérimentale (collaboration) que MtCLE02 a un rôle négatif sur la nodulation et dépendant de MtSUNN. L'approche GWESS appliquée sur des données SNP chez l'homme montre une signature de sélection épistatique entre les gènes SLC24A5 et EDAR, impliqués dans la pigmentation de la peau et le développement des organes ectodermiques (cheveux, dents). Chez M. truncatula, 30% des gènes potentiellement sous sélection épistatique présentent des signatures de sélection classiques, indiquant qu'une majorité de gènes en apparence " neutres " peuvent en fait être en interaction adaptative avec d'autres gènes. Enfin, des analyses d'enrichissement et de sous-réseaux génomiques d'interactions ancrés sur 98 gènes symbiotiques (nodulation, mycorhization) démontrent un rôle non négligeable de la sélection épistatique dans l'évolution de certaines voies biologiques. Ces travaux initient l'identification et l'exploration de réseaux de gènes coadaptés à l'aide de données SNP pangénomiques, chez des organismes modèles ou non modèles.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Bonhomme, Maxime
Jacquet, Christophe
Ecole doctorale:Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries (SEVAB)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales (LRSV), UMR 5546
Mots-clés libres :Sélection épistatique - Medicago truncatula - Déséquilibre de liaison - SNP - Gènes de symbiose
Sujets :Sciences du vivant
Déposé le :01 Apr 2021 17:17