Projet ANR-11-JSV6-0004 – EvoPheno : Évolution de la relation génotype-phénotype chez la levure
Programme : JCJC - SVSE 6 - Génomique, génétique, bioinformatique et biologie systémique (JCJC SVSE 6)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Joseph SCHACHERER (UNIVERSITE DE STRASBOURG)
Partenaires : Génétique Moléculaire, Génomique et Microbiologie
Montant : 379000.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 48 mois
Résumé : Étude de la relation entre la diversité génétique et la multiplicité des caractères observables chez différents individusLa diversité génétique entre individus est à l’origine d’une grande partie de la variation des caractères observables. Les nouveaux développements technologiques comme le séquençage et le phénotypage à haut débit permettent désormais une exploration plus pointue de cet état de fait.
Exploration de la relation entre les génotypes et les phénotypesL'identification des variations génétiques entre isolats d'une même espèce est une étape indispensable afin de comprendre les différences de phénotypes observées au sein d'une population mais également les processus impliqués dans leur évolution moléculaire. Dans cette optique, de nombreuses études se sont focalisées sur l’exploration de la diversité génétique au sein d’une même espèce. C’est ce que nous avons fait pour l’espèce  Saccharomyces cerevisiae. Cette étude a permis de poser les fondements d’études d’association phénotype - génotype.Le projet de recherche proposé s’oriente tout naturellement vers une caractérisation phénotypique afin d’en déterminer les origines génétiques. Sur la base d’une large collection de souches et d’un exceptionnel jeu de données, notre objectif ultime est d’explorer les règles qui gouvernent la relation génotype - phénotype et qui sont encore inconnues à ce jour. Pour ce faire, nous envisageons d’utiliser une stratégie combinant un génotypage et un phénotypage à haut débit. L’objectif sera d’établir une corrélation entre les phénotypes et les génotypes déterminés. Cet objectif étant très ambitieux, nous nous focalisons dans un premier temps sur deux phénotypes d’intérêt : l’isolement reproductif et la résistance multiple de S. cerevisiae à certains anti-fongiques (kétoconazole, rhodamine 6G, cycloheximide par exemple) pour étendre l’étude à une multitude de phénotypes par la suite.
Génomique fonctionnelle et populationnelleCes dernières années, la détermination de la séquence complète des génomes a été rendue accessible grâce aux nouvelles technologies de séquençage à haut débit. C’est grâce à ce type d’approche que nous pouvons désormais explorer facilement la diversité génétique d’un nombre important d’isolats appartenant à une même espèce. À l’heure actuelle, de nombreuses méthodes ont également été développées pour déterminer de façon précise les caractères de différents individus. Par exemple, il est possible de déterminer le temps de génération pour des collections entières d’isolats de levure dans un grand nombre de conditions en faisant des microcultures automatisées.L’ensemble des jeux de données générées par ces approches permettra d’avoir une vision plus précise de l’impact de la diversité génétique sur les caractères observables et étudiés.
Résumé de la soumission : L'identification des variations génétiques entre souches d'une même espèce est une étape indispensable afin de comprendre les différences de phénotypes observées au sein d'une population mais également les processus impliqués dans leur évolution moléculaire. Dans cette optique, nous avons comparé les génomes d’une collection de 63 souches de Saccharomyces cerevisiae d’origines écologiques et géographiques différentes. Cette étude a permis d’établir des cartes génomiques au niveau nucléotidique et pose les fondements d’études d’association phénotype - génotype.Le projet de recherche proposé s’oriente tout naturellement vers une caractérisation phénotypique afin d’en déterminer les origines génétiques. Sur la base d’une large collection de souches et d’un exceptionnel jeu de données, notre objectif ultime est de déterminer les règles qui gouvernent la relation génotype - phénotype et qui sont encore inconnues à ce jour. Pour se faire, nous envisageons d’utiliser une stratégie combinant un génotypage et un phénotypage à haut débit. Nous envisageons notamment de développer une nouvelle stratégie de phénotypage par microfluidique. L’objectif sera d’établir une corrélation entre les phénotypes et les génotypes déterminés. Cet objectif étant très ambitieux, nous allons dans un premier temps nous focaliser sur deux phénotypes d’intérêt : l’isolement reproductif et la résistance multiple de S. cerevisiae à certains anti-fongiques (kétoconazole, rhodamine 6G, cycloheximide par exemples). La première étape sera d’avoir une mesure quantitative de ces phénotypes. La seconde sera de cartographier les régions responsables. L’analyse et la comparaison de ces régions au sein de l’ensemble des nombreuses espèces d’hémiascomycètes séquencés permettront de mettre à jour les processus impliqués dans leur évolution moléculaire. Les stratégies développées dans ce cadre serviront de fondement à un projet à plus haut débit.
Résultats : Grâce à une exploration à l’échelle de l’espèce, notre projet a conduit à deux résultats majeurs mais non liés. Dans un premier temps, nous avons mis en évidence la multiplicité des mécanismes génétiques à l’origine de l’isolement reproductif, allant des réarrangements chromosomiques aux incompatibilités génétiques. Dans un second temps, nous avons clairement montré que les mutations monogéniques peuvent avoir un impact variable dans une population. Nous avons observé que ces mutations peuvent conduire à des phénotypes plus complexes dans certains fonds génétiques illustrant la complexité cachée de telles mutations dans une population.
Perspectives : Notre projet va permettre d’utiliser la levure Saccharomyces cerevisiae comme organisme modèle pour avoir une vision plus précise sur la relation entre diversité génétique et certains caractères d’intérêt. À ce jour, cette relation est peu claire et difficile à explorer directement chez l’homme et d’autres organismes modèles.
Publications et brevets : Publications sélectionnées
1. Hou J, Friedrich A, Gounot JS, Schacherer J. Comprehensive survey of condition specific reproductive isolation reveals genetic incompatibility in yeast. Nat Commun. 2015. 6: 7214.
2. Brion C, Pflieger D, Friedrich A, Schacherer J. Evolution of intraspecific transcriptomic landscapes in yeasts. Nucleic Acids Res. 2015. 43: 4558-68.
3. Friedrich A, Jung P, Reisser C, Fischer G, Schacherer J. Population genomics reveals chromosome-scale heterogeneous evolution in a protoploid yeast. Mol Biol Evol. 2015. 32: 184-92.
4. Freel KC, Friedrich A, Hou J, Schacherer J. Population genomic analysis reveals highly conserved mitochondrial genomes in the yeast species Lachancea thermotolerans. Genome Biol Evol. 2014. 6: 2586-2594.
5. Hou J, Friedrich A, de Montigny J, Schacherer J. Chromosomal rearrangements as a major mechanism in the onset of reproductive isolation in Saccharomyces cerevisiae. Current biology. 2014. 24: 1153-1159.
6. Bleykasten-Grosshans C, Friedrich A, Schacherer J. Genome-wide analysis of intraspecific transposon diversity in yeast. BMC Genomics. 2013. 14: 399.
7. Reisser C, Dick C, Kruglyak L, Botstein D, Schacherer J, Hess D. Genetic basis of ammonium toxicity resistance in a sake strain of yeast: a mendelian case. G3 (Bethesda). 2013. 3:733-740.
8. Friedrich A, Jung PP, Hou J, Neuvéglise C, Schacherer J. Comparative mitochondrial genomics within and among yeast species of the Lachancea genus. PLoS ONE. 2012. 7: e47834.
9. Jung PP, Friedrich A, Reisser C, Hou J, Schacherer J. Mitochondrial genome evolution in a single protoploid yeast species. G3 (Bethesda). 2012. 2: 1103-1111.