Projet ANR-14-CE02-0001 – SexChange : L'évolution du sexe dans des environnements changeant dans le temps et dans l'espace
Programme : Défi de tous les savoirs (DS10) 2014
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Monsieur Denis Roze (Evolutionary Biology and Ecology of Algae (UMI 3614))
Partenaires : Laboratoire public
Montant : 167440.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 60 mois
Résumé : Comprendre l'évolution et le maintien de la reproduction sexuée représente l'un des enjeux majeurs de la biologie de l'évolution: bien que de nombreux coûts soient associés à ce mode de reproduction, celui-ci est très répandue chez les eucaryotes, et un nombre important d'espèces se reproduisent uniquement par voie sexuée. Comprendre pourquoi ce mode de transmission de l'information génétique est si répandu demeure l'un des problèmes fondamentaux en biologie.
Sur le plan théorique, des progrès importants ont été obtenus au cours de ces dernières années: en particulier, plusieurs scénarios plausibles générant un avantage indirect pour le sexe ont été proposés, comme des fluctuations temporelles de l'environnement (pouvant être générées par des interactions interspécifiques), ou des effets stochastiques liés à la taille finie des populations, qui génèrent des interférences entre locus dans les populations non-recombinantes. Cependant, dans quelle mesure ces scénarios peuvent expliquer l'évolution de taux de sexe importants demeure obscur. Par ailleurs, la plupart de ces modèles font des hypothèses fortes sur l'architecture génétique de la valeur sélective: les interactions épistatiques entre gènes sont soit négligées, soit supposées identiques pour toutes les paires de gènes. Enfin, ces modèles théoriques restent assez peu testés. Bien que l'expérimentation en population naturelle soit souvent difficile, l'évolution expérimentale représente une approche prometteuse pour tester les prédictions théoriques: par exemple, des expériences sur différentes espèces modèles ont montré que le sexe accélère l'adaptation. Cependant, dans la plupart de ces expériences les environnements restent constants dans le temps et dans l'espace.
Le projet SexChange propose d'explorer les pressions sélectives jouant sur le sexe dans différents types d'environnements par des approches théoriques et expérimentales. La partie théorique consistera à utiliser des modèles de paysage adaptatif représentant un certain nombre de traits phénotypiques quantitatifs sous sélection. De manière intéressante, ces modèles capturent différents aspects de la complexité des interactions entre gènes: distribution d'épistasie, effets compensatoires possibles entre mutations. Ils ont été de plus en plus utilisés ces dernières années pour explorer la dynamique de l'adaptation et générer des prédictions sur les distributions d'effets des mutations sur la valeur sélective (qui ont été validées expérimentalement), mais restent peu utilisés pour étudier l'évolution des systèmes de reproduction. Nous utiliserons des approches analytiques couplées à des simulations pour explorer la sélection pour le sexe (i) en environnement stable, ou dans des environnements changeant (ii) dans le temps ou (iii) dans l'espace. Ces modèles nous permettront d'explorer les effets de l'architecture génétique de l'adaptation sur la sélection pour le sexe, et de quantifier l'importance relative des effets stochastiques et déterministes.
Le second objectif du projet et de tester les prédictions théoriques par des expériences d'évolution sur des rotifères (Brachionus plicatilis) dans différents types d'environnement. Les rotifères monogonontes sont un système particulièrement intéressant pour explorer les pressions sélectives jouant sur le sexe: ils sont facilement cultivés en laboratoire, ont des temps de génération courts et deviennent sexués en réponse à un stimulus environnemental. Nous utiliserons ces organismes pour explorer les effets du sexe sur la moyenne et la variance de valeur sélective entre descendants dans différentes conditions: environnement stable avec plusieurs tailles de population, environnement changeant dans le temps ou l'espace (en considérant différents degrés de complexité des changements environnementaux). Cette combinaison d'approches théoriques et expérimentales devrait être à l'origine de nouvelles avancées sur l'une des questions majeures en biologie.