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UMR GDEC

UMR 1095 Génétique Diversité et Ecophysiologie des Céréales

Volet 1 : Evolution

Principe : Les espèces modernes sont des paleopolyploïdes issus d’ancêtres diploïdes disparus.

La paléogénomique, étude de la structure et de la fonction des génomes ancêtres des espèces vivantes à l’heure actuelle, permet l'identification et la caractérisation des mécanismes (duplications, translocations, inversions…) qui ont façonné le génome des espèces au cours de leur évolution. Deux approches scientifiques permettent d’aborder cette thématique. La première approche consiste à séquencer au moins partiellement l’ADN d’espèces ancestrales fossiles. La deuxième approche réside dans la modélisation du génome ancêtre dans sa structure chromosomique et son contenu en gènes. Cette modélisation consiste à identifier la structure génomique minimale considérée comme ancestrale à partir de la comparaison des génomes (synténie) des espèces actuelles, i.e. génomique comparée. Contrairement aux mammifères, la paléogénomique est encore peu étudiée chez les plantes et plus précisément chez les angiospermes qui ont subi un grand nombre de duplications segmentaires voire globales de leur génome (polyploϊdisation) ainsi que des réarrangements locaux (inversion, conversion de gènes) rendant les travaux expertisés de génomique comparée au sein des monocotylédones (principalement céréales) et des dicotylédones difficiles.

Le développement d’outils de bioinformatique, statistique, mathématique combinatoire a permis l’identification expertisée et indépendante des relations de synténie et de duplication au sein des génomes de plantes (Arabidopsis, soja, peuplier, papaye, vigne, riz, maïs, sorgho, l'orge, blé, Brachypodium…) et d’envisager la caractérisation d’événements de duplications ancestrales, par essence communs aux génomes étudiés, mais aussi les événements spécifiques de chacun de ceux-ci. L’intégration des duplications et des relations de synténie offrit pour la première fois la possible caractérisation de 7 paleoduplications présentes au sein des génomes étudiés. Nous avons pu ainsi modéliser les ancêtres fondateurs disparus ainsi que le schéma évolutif des espèces modernes.

Nous avons établi par les recherches que nous menons dans le domaine de la paleogénomique chez les plantes que :

  • Les monocots seraient issues d’un ancêtre à 7 protochromosomes porteurs de 9138 protogènes et les dicots d’un ancêtre de 7 protochromosomes et porteurs de 9574 protogènes.
  • L’histoire évolutive des plantes actuelles à partir de ces ancêtres implique 4 événements majeurs.
  • Parmi ces événements, la duplication totale du génome (polyploïdie) est une force adaptative majeure des plantes à leur environnement.
Arbre

Scenario évolutif des génomes de plantes (Salse et al. 2012) - La figure représente le scénario évolutif des plantes modernes reconstruit à partir de la modélisation des ancêtres (en haut de la figure) de dicotylédones (7 et 21 chromosomes, à gauche) et de monocotylédones (5 à 7 et 12 chromosomes, à droite). Les génomes d’espèces modernes (en bas de la figure) ont été élaborés à partir des précédents ancêtres fondateurs par des événements distincts de fusions et fissions chromosomiques au cours du temps (échelle à gauche de la figure), de telle sorte qu’ils sont matérialisés comme des mosaïques de couleurs représentant les chromosomes ancestraux remaniés. Enfin, les événements récurrents de duplication totale du génome (polyploïdie) sont matérialisés par un point rouge sur la figure.