Comprendre et améliorer les capacités adaptatives des agroécosystèmes

Intitulé et acronyme du projet: Comprendre et améliorer les capacités adaptatives des agroécosystèmes, par la connaissance de la génétique et de l'évolution - Projet phare 2

Date: 2013-2016 (1ère phase du LabEx BASC)

Porteurs: Stéphane Dupas (EGCE) & Maud Tenaillon (GQE-Le Moulon)   

Partenaires

• académiques:
  • dans BASC: ESE    
  • International: Technical University of Munich
• non académique: Edmund Mach Foundation

Le projet phare 2 vise à la compréhension des mécanismes génétiques et épigénétiques qui sous-tendent l'adaptation, en intégrant plusieurs niveaux d’organisation (dynamique des populations, interactions biotiques, fonctionnement des écosystèmes et impact des interventions humaines sur la biodiversité agricole). Plus spécifiquement, il s’agit de comprendre :

• Comment le changement global influence la sélection des caractères et leur variation adaptative
• Comment les pratiques agricoles et les politiques publiques affectent la sélection et la dispersion de la variation adaptative à travers les agroécosystèmes et les paysages.

L’adaptation et ses mécanismes seront étudiés à travers trois grandes approches complémentaires :

1. La modélisation multi-échelle, pour intégrer les processus de l’individu à la population, et pour comprendre et prédire l'adaptation des parasites et des vecteurs de maladies en réponse aux changements d’usage des terres par l'homme.
2. L’analyse des composantes héritables et plastiques des caractères adaptatifs à différentes échelles (gènes, réseaux de gènes, espèces et écosystèmes), pour caractériser la composante adaptative de la variation de l'expression des gènes et faire le lien entre (épi)génétique et variation phénotypique.
3. L’analyse de l’impact de la sélection et des pratiques humaines sur les patterns et les process d'adaptation, afin de comprendre comment la modification des pratiques agricoles et des politiques publiques en réponse aux changements globaux peuvent modifier les flux de gènes dans les populations cultivées, les échanges de gènes avec leurs apparentés sauvages et la dynamique des populations de parasites.

Résultats

Le projet a réussi à renforcer des laboratoires travaillant sur les mécanismes génétiques et épigénétiques de l’adaptation, avec pour principaux résultats:

(1) l’acquisition et la mise à disposition d’un savoir-faire pour la détection de variants structuraux, (2) la compréhension des mécanismes génétiques de l’adaptation du maïs aux latitudes moyennes, complétée par une étude d’évolution expérimentale qui a permis d’identifier des déterminants de la transition florale chez cette espèce, (3) chez le sorgho une meilleure compréhension d’un caractère clé, celui de l’efficacité d’utilisation de l’azote, (4) chez les insectes parasitoïdes utilisés en lutte biologique contre les ravageurs des cultures, la compréhension de mécanismes de l’adaptation aux nouveaux hôtes, (5) enfin chez les batraciens, la réponse du microbiome aux changements d’habitats.

Un plus grand verrou, en partie levé par le projet a été le renforcement et la structuration dans BASC d’une recherche sur l’adaptation à l’interface avec les autres sciences, sociales et environnementales. Les principaux résultats aux interfaces ont été :

(1) la mise au point d’un modèle permettant d’optimiser la gestion des semences au sein d’un réseau d’échanges, (2) le développement d’une méthodologie statistique permettant d’identifier des variétés de blé durables du point de vue de la résistance à la rouille jaune, (3) la caractérisation de la diversité génétique du mil en relation avec le climat et les barrières linguistiques autour du lac Tchad, (4) chez le pommier, la démonstration d’un dysfonctionnement dans les stratégies de conservation des pommiers sauvages, et des propositions concrètes de stratégies pour améliorer cette conservation, (5) enfin, à l’interface avec les sciences de l’environnement, la mise en place d’un outil générique qui vise exploiter des jeux de données pluridisciplinaires pour inférer des modèles bayésiens sur les scénarios de réponse de la biodiversité aux changements globaux.

Parmi les retombées du FP2 on peut citer, la mise en place de collaborations à long terme entre équipes, une meilleure cohésion des communautés à l’interface entre écologie, évolution et sciences sociales, l’obtention de financements à la suite des projets initiés, et une participation importante à la formation d’étudiants et de chercheurs.

==> Retrouvez la présentation powerpoint des résultats du projet phare 2 (journées 2017 du LabEx)

Publications

Revues internationales

> Naino Jika, A., Dussert, Y., Raimond, C. et al. Unexpected pattern of pearl millet genetic diversity among ethno-linguistic groups in the Lake Chad Basin. Heredity 118, 491–502 (2017). https://doi.org/10.1038/hdy.2016.128

> Lilioso M., Folly-Ramos E., Rocha F., Rabinovich J., Capdevielle-Dulac C., Harry M., Marcet P., Costa J., Almeida C., 2017. High Triatoma brasiliensis densities and Trypanosoma cruzi prevalence in domestic and peri-domestic habitats in the state of Rio Grande do Norte, Brazil: the source for Chagas disease outbreaks? The American Journal of Tropical Medicine and Hygiene. https://doi.org/10.4269/ajtmh.16-0823 ===>

> Feurtey A., Cornille A., Shykoff J.A., Snirc A., Giraud T., 2016. Crop-to-wild gene flow and its fitness consequences on a wild fruit tree: towards a comprehensive conservation strategy of the wild apple in Europe. Evol. App. 10(2):180-188. https://doi.org/10.1111/eva.12441

> Brandenburg J-T., Mary-Huard T., Rigaill G., Hearne S., Corti H., Joets J., Vitte C., Charcosset A., Nicolas S., Tenaillon M.I., 2017. Independent introductions and admixtures have contributed to adaptation of European maize and its American counterparts. PLOS Genetics. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1006666

> Marchant A., Mougel F., Jacquin-Joly E., Costa J., Almeida C. E., M. Harry., 2016. Under expression of chemosensory genes in domiciliary bugs of the Chagas disease vector Triatoma brasiliensis. Plos Neglected disease, 10(10), e0005067. https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0005067

> Leforestier D., Ravon E., Muranty H., Cornille A., Lemaire C., Giraud T., Durel C.E., Branca A., 2015. Genomic basis of the differences between cider and dessert apple varieties. Evol. App. 8(7):650-61.https://doi.org/10.1111/eva.12270

> Cornille A., Feurtey A., Gélin U., Misvanderbrugge K., Gladieux P., Ropars J., Giraud T., 2015. Anthropogenic and natural drivers of gene flow in a temperate wild fruit tree: a basis for conservation and breeding programs in apples. Evol App. 8: 373–384. https://doi.org/10.1111/eva.12250

Thèses

> Arnaud Becheler, Thèse doctorat. "Environmental demogenetic model". Dirigée par Stéphane Dupas, (financement BASC), soutenue en mai 2018, Université Paris-Saclay

> Fatima Awada, Thèse doctorat. "Assessment of sorghum response to nitrogen availability". Dirigée par N. Takvorian (ESE), soutenue en septembre 2016, Université d’Orsay.

> Alice Feurtey, Thèse doctorat. « Hybridations inter-spécifiques chez le pommier et co-évolution hôte pathogène ». Dirigée par T. Giraud (ESE), soutenue en septembre 2016, Université Paris-Saclay.

> Kader Neino-jikka, Thèse doctorat. « Flux de gènes et évolution des ressources génétiques du mil (Pennisetum glaucum) dans le Bassin du Lac Tchad : rôle de la diversité socio-culturelle ». Dirigée par T. Robert (ESE), soutenue en juillet 2016, Université Paris-Saclay.

Communications lors d'évènements scientifiques

> Becheler et al. Modèle de démogénétique environnementale : étude des processsus d’invasion biologique. Empirisme et théorie en écologie et évolution, Gif-sur-Yvette, France, 2015. Com. Orale ===>

> Marchant A., Coppé R., Bourret J., Petit E., Mougel F., Mendonça V., Béranger J-M, Blanchet D., Jacquin-Joly,E. da Rosa,A., Filée, F. Harry M. 2015. Répertoire des gènes chimiosensoriels (OBP, CSP) chez les espèces du genre Rhodnius vectrices de la malade de Chagas et processus de domiciliation: 3ème colloque de génomique environnementale, Montpellier, 26-28 octobre 2015.

> Feurtey et al. Crop-to-wild gene flow influenced by human activities: insights from the cultivated apple and its wild European relative. CONFÉRENCE SMBE, 2015 (Vienne, Autriche). Poster.

> Cornille et al. Flux de gènes du pommier cultivé vers le pommier sauvage: vers une mise en place d’une stratégie de conservation du pommier sauvage. Empirisme et théorie en écologie et évolution, Gif-sur- Yvette, France, 2015.

> Cornille. Processes of divergence in fruit trees with an emphasis on apples, 2015. Conférence invitée, Académie des sciences de Shanghaï (Chine).

> Perronne et al. Structure spatio-temporelle de la diversité cultivée du blé tendre et de ses déterminants potentiels: étude de cas en France. PETIT POIS DÉRIDÉ – 37ème édition, Amiens, France, 2016. Com. Orale ===>

> Becheler et al. Modèle de démogénétique environnementale : étude des processsus d’invasion biologique. Rencontres doctorales Lebesgue, Angers, France, 2016. Com. Orale.

> Brandenburg J-T. et al. Independent introductions and admixtures have contributed to adaptation of European maize and its American counterparts. Maize Genetic Conference 59th, 2017 (Saint Louis, Missouri, USA). Com. orale.

> Brandenburg J-T. Histoire, diversité et adaptation des maïs européens. GDR AIEM, 2016 (Montpellier, France). Com. orale.

> Walker et al. (2016). Invited talk. Population structure and host specialization in Botrytis cinerea. In XVII International Botrytis symposium (Santa Cruz, Chile).

> Modelling and seed organization. I Goldringer, A Miramon, M Thomas. 2nd annual meeting Diversifood. 21-23 february 2017, Campus Living Bononia, Bologna, Italy. Com. Orale

> Enjalbert et al. Monitoring the commercial life cycle of varieties and screening disease resistances in on- farm managed genetic resources to improve crop resilience to pathogens. Eucarpia Crop diversification in a changing world - Mobilizing the green gold of plant genetic resources Montpellier, 8-11 may 2017. Poster

> Perronne et al. Relative influence of agricultural systems, pathogen pressures and socio-economic drivers on spatio-temporal changes of cultivated bread wheat diversity over recent decades in France. Eucarpia Crop diversification in a changing world - Mobilizing the green gold of plant genetic resources Montpellier, 8-11 may 2017. Com. Orale.

Vulgarisation

> Giraud H, Cornille A, Giraud T ,2016. « Pommiers sauvage et cultivé : ce que la génétique nous apprend de leurs liens passés et présents sur leurs conservation et réimplantation futures »; Forêt Entreprise 229:26-29 ===>

> Giraud T et Branca A, 2015. « Quand l'homme perfectionne les espèces végétales ». Les échos.