Projet ANR-11-BSV7-0007 – CLONIX : Une révision en profondeur de la Génétique des Populations et de la Génomique des Organismes clonaux
Programme : Blanc - SVSE 7 - Biodiversité, évolution, écologie et agronomie (Blanc SVSE 7)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Madame Sophie ARNAUD-HAOND (INSTITUT FRANCAIS DE RECHERCHE POUR L'EXPLOITATION DE LA MER (IFREMER))
Partenaires : Divers public; Institut français de recherche pour l'exploitation de la mer; Interactions Arbres/Micro-Organismes; Institut de Génétique Environnement et Protection des Plantes
Montant : 329890.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 48 mois
Résumé : Influence de la clonalité partielle sur la génétique et l’évolution des populations naturellesAdaptation des concepts et méthodes de génétique des populations à la clonalité partielle, il s’agit de reconsidérer les attendus des descripteurs génotypiques et génétiques des populations partiellement asexuées, afin de développer des méthodes d’inférence des taux de clonalité pour les populations d’organismes partiellement clonaux.
1.	Evaluer l’influence de la clonalité sur la composition génétique des populations d’organismes partiellement clonaux, et leurs trajectoires évolutives.L'asexualité partielle caractérise une grande variété d'organismes, dont la compréhension de l’évolution et de la dynamique nécessite la compréhension de l’importance et de l’influence de la clonalité par rapport à la reproduction sexuée. Hors, à ce jour les modèles disponibles en génétique des populations sont principalement élaborés pour des organismes purement sexués, ou éventuellement purement clonaux. Les organismes partiellement clonaux comprennent de nombreux taxons structurants les écosystèmes terrestres et marins, et photosynthétiques, de nombreux pathogènes humains ou ravageurs de cultures, et un grand nombre d'espèces invasives. Les enjeux sociétaux sont donc importants et multiples. Il s’agit de contribuer à une meilleure prédiction des conséquences de la clonalité sur les caractéristiques et la structure génétique des populations dans une variété de scénarios évolutifs, afin de développer des méthodes fiables d’inférence du taux de clonalité, c. L’objectif est double : améliorer la compréhension de l’influence de c sur la composition génotypique et génétique et donc sur la trajectoire évolutive des populations, et développer en retour un cadre méthodologique qui permette d’inférer c de façon fiable à partir de données empiriques.
2.	Comprendre l’influence de la clonalité partielle et, en retour, estimer son taux : des modèles, des simulations et la ré-analyse de jeux de données empiriquesLe cœur du projet est le développement d'outils analytiques et prédictifs permettant d’évaluer l’influence de la reproduction clonale sur la composition génétique des populations et les estimateurs classiquement utilisés pour la décrire. Modèles mathématiques et simulations sont développés pour prédire l’influence du taux de clonalité, et comparer la pertinence des approches analytiques basées sur la discrimination des lignées clonales versus les approches génétiques multicritères pour l’estimer. Cette étape permet par comparaison une amélioration radicale de l’analyse et de l’interprétation des données empiriques. La composante spatiale sera également prise en compte pour appréhender l’effet de la clonalité sur la dispersion dans différents contextes démographiques. In fine, l’objectif sera de délivrer des outils d’analyse (programmes informatiques pour les analyses de données et outils de simulation), de les tester sur les jeux de données divers des partenaires et de proposer de nouveaux attendus sous l’hypothèse de clonalité afin de permettre une meilleure compréhension de la dynamique écologique et des trajectoires évolutives des populations partiellement clonales.
Résumé de la soumission : La clonalité est un trait d’histoire de vie répandu sur tout l’éventail du règne du vivant. La clonalité partielle caractérise une grande diversité d’organismes parmi lesquels la majorité des producteurs primaires (phytoplancton, algues, plantes, arbres), un grand nombre de pathogènes humains, de ravageurs des cultures ou d’espèces invasives, et les espèces structurantes des principaux écosystèmes côtiers. La compréhension de la dynamique et de l’évolution des espèces partiellement clonales est un enjeu majeur à la fois sur le plan fondamental et sur le plan appliqué à la santé humaine et à celle de l’environnement. Pour la plupart de ces espèces, l’observation directe des individus et du suivi de leurs mouvements dans l’espace et dans le temps est difficile ou impossible. Les approches indirectes basées sur l’utilisation des marqueurs moléculaires et des outils de la génétique des populations ont donc une place croissante dans l’étude de la dynamique et de l’évolution des populations pour lesquelles un effort de régulation est nécessaire. Paradoxalement les concepts et les modèles de génétique des populations sur lesquels repose l’interprétation des données moléculaires sont basés sur le postulat d’une reproduction exclusivement sexuée. Laissés pour compte par la théorie, la plupart des biologistes en sont réduit à appliquer des méthodes erronées, avec des conséquences pour la gestion des populations.Ce projet regroupe un consortium d’écologistes et de généticiens des populations (théoriciens, expérimentateurs) et de parasitologistes qui travaillent sur ce problème depuis plusieurs années sur une grande diversité d’organismes, depuis les pathogènes humains et les ravageurs de cultures aux espèces structurantes en déclin ou aux algues exploitées ou invasives. Cette diversité reflète à la fois la complexité du problème et la nécessité d’un effort concerté pour dépasser le stade d’améliorations ponctuelles spécifiques à certains modèles.Le cœur du projet sera le développement d'outils analytiques et prédictifs permettant d’estimer  les conséquences du taux de reproduction clonale sur la composition génétique des populations et les estimateurs classiquement utilisés pour la décrire.  La description de l’influence de taux croissants sur la dynamique et la trajectoire évolutive des populations sera un premier pas vers l’amélioration des attendus en terme de composantes génétique des populations sous divers scénarios à l’équilibre, ou s’en écartant (extinction, recolonisation, fluctuations des tailles de populations). Les simulations permettront de tester l’influence de différentes stratégies d’échantillonnages sur la qualité d’estimation du taux de clonalité, et de comparer la pertinence des approches analytiques basées sur la discrimination des lignées clonales versus approches génétiques multicritères. Cette étape permettra par comparaison une amélioration radicale de l’analyse et de l’interprétation des données empiriques. La composante spatiale sera également prise en compte pour appréhender l’effet de la clonalité sur la dispersion dans différents contextes démographiques. La diversité des jeux de données des différents partenaires, permettra de tester concrètement la mise en pratique des avancées théoriques réalisées sur les populations synthétiques, afin de les transférer à l’analyse pertinente des systèmes « naturels ».Clonix réuni des chercheurs pour la plupart jeunes mais déjà expérimentés, et des chercheurs impliqués depuis longtemps dans l'étude de la clonalité et de ses implications évolutives, autour d’un problème commun aux facettes multiples, dont l’objectif de proposer à la fois une révision en profondeur du cadre théorique et des outils analytiques et statistiques pertinents permettant une avancée significative dans notre capacité de comprendre, d’anticiper et éventuellement de réguler les populations d’organismes partiellement clonaux.
Résultats : Les modèles et simulations de Clonix ont permis d’explorer non seulement l’état attendu à l’équilibre mais les trajectoires vers cet état, qui se sont révélées si ralenties par la clonalité qu’il est peu réaliste d’espérer atteindre l’équilibre. Ainsi, la clonalité partielle affecte profondément non seulement la structure clonale (génotypes répétés), mais également la composition génétique des populations, et leurs trajectoire évolutives dans différents contextes démographiques (i.e. goulots d’étranglement). Bien que les paramètres génotypiques demeurent les plus pertinents,  les paramètres génétiques peuvent donc augmenter la précision des estimations des taux de clonalité. 
Des améliorations sont encore prévues dans les mois à venir car la somme d'information produite n'a pas pu être valorisée dans son ensemble. Il apparait clairement au vu des premières analyses de données empiriques réalisées à la lumière de ces avancées théoriques un gain dans la compréhension de la dynamique écologique et évolutive des espèces partiellement clonales et sur l'estimation de l'importance de la clonalité dans leurs populations naturelles. Toutefois, il apparait aussi que des améliorations sont encore nécessaires afin de prendre en compte les biais considérables induits par l'échantillonnage toujours partiel des populations naturelles dans l'estimation des taux de clonalité. Ente autres voies d’amélioration, les scans génomiques attendus grâce à l’utilisation accrue des NGS peuvent permettent d’avancer vers la résolution de ce problème.
Perspectives : Des améliorations sont encore prévues dans les mois à venir car la somme d'information produite n'a pas pu être valorisée dans son ensemble. Il apparait clairement au vu des premières analyses de données empiriques réalisées à la lumière de ces avancées théoriques un gain dans la compréhension de la dynamique écologique et évolutive des espèces partiellement clonales et sur l'estimation de l'importance de la clonalité dans leurs populations naturelles. Toutefois, il apparait aussi que des améliorations sont encore nécessaires afin de prendre en compte les biais considérables induits par l'échantillonnage toujours partiel des populations naturelles dans l'estimation des taux de clonalité. Ente autres voies d’amélioration, les scans génomiques attendus grâce à l’utilisation accrue des NGS peuvent permettent d’avancer vers la résolution de ce problème.
Publications et brevets : Un total de 18 articles scientifiques a été publié et une dizaine est en cours ou en voie de rédaction. L’ensemble du consortium a réalisé 14 communications nationales et internationales, et produit 3 logiciels d’analyse de données (Edenetwork, RClone et Cloneestimate), un modèle mathématique (Pasex) et trois simulateurs (SimuClone pour la clonalité partielle ‘simple’, et deux simulateurs pour la parthénogénèse cyclique). Enfin, un site web destiné à la divulgation des résultats continuera à être alimenté dans les années à venir (http://wwz.ifremer.fr/clonix/).