Projet ANR-12-ADAP-0004 – CYTOPHENO : Co-adaptation nucléo-cytoplasmique et phénotypes adaptatifs des plantes
Programme : Adaptation - des gènes aux populations.Génétique et biologie de l'adaptation aux stress et aux perturbations (BIOADAPT)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Madame BUDAR Françoise (Institut Jean-Pierre Bourgin)
Partenaires : Évolution, Écologie et Paléontologie; Institut de Biologie des Plantes; Institut Jean-Pierre Bourgin; Mathématiques et Informatique Appliquées; Mathématiques et Informatique Appliquées; Institut de Recherche en Horticulture et Semences; Institut des Sciences des Plantes de Paris Saclay
Montant : 467630.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 48 mois
Résumé : variabilité naturelle cytoplasmique et adaptation à l'environnementL'implication de la  variabilité cytoplasmique (mitochondries et chloroplastes) dans l'adaptation des plantes à leur environnement a été peu étudiée. CYTOPHENO explorera l'impact de cette variabilité sur des caractères impliqués dans l'adaptation chez l'espèce modèle Arabidopsis thaliana.
Co-evolution noyau-cytoplasme et rôle du cytoplasme dans l'adaptationL'existence d'une composante cytoplasmique dans l'adaptation des plantes à leur environnement a été montrée dans de nombreuses études mais très peu étudiée en tant que telle. De plus, la co-adaptation entre génomes cytoplasmiques et nucléaire impose une contrainte au champ des variations possibles dans chaque compartiment, le phénotype adaptatif résultant alors de la combinaison d'un cytoplasme donné avec certains allèles nucléaires. Le projet CYTOPHENO vise à mieux connaître les phénotypes affectés par une rupture de co-adaptation entre compartiments génétiques.  Nous  évaluerons les phénotypes potentiellement adaptatifs qui peuvent résulter de variations dans les génomes cytoplasmiques et dans quelle mesure une composante nucléaire intervient dans leur expression. Nous explorerons également les composantes moléculaires (expression génétique) métaboliques et physiologiques impliquées dans l'élaboration du phénotype adaptatif considéré.
Evaluation de ressources génétiques dédiées, les cytolignées Le projet CYTOPHENO s'appuie sur un matériel génétique original dédié à l'exploration de l'impact des variations cytoplasmiques et à l'étude de la co-adaptation noyau-cytoplasme, les cytolignées. Une cytolignée est définie comme un génotype combinant le génome nucléaire d'une lignée et les génomes cytoplasmiques d'une autre. Le panel qui est exploité dans le projet comprend 8 lignées d'Arabidopsis thaliana, choisies pour la diversité de leurs génomes et des caractéristiques de leur milieu d'origine, et les 56 cytolignées possibles résultant de l'association de leurs génomes nucléaires et cytoplasmiques. Ce panel sera soumis à une série de mesures phénotypiques pour des caractères potentiellement adaptatifs, pour le niveau d'expression des gènes et des caractéristiques physiologiques et métaboliques.
Résumé de la soumission : De nombreuses études sur différentes espèces ont montré un effet des variations cytoplasmiques (génomes mitochondrial, mt et chloroplastique, pt) dans les réponses adaptatives des plantes à leur milieu. Par ailleurs, la co-évolution des compartiments génétiques a conduit à une co-adaptation nucléo-cytoplasmique dont la rupture peut avoir des conséquences majeures sur le phénotype des plantes. Toutefois, les bases génétiques, moléculaires, et physiologiques de l’implication des génomes mt et pt dans ces adaptations sont très peu étudiées.Ce projet aborde ces deux phénomènes étroitement liés (adaptation au milieu, co-adaptation des génomes), chez l’espèce modèle Arabidopsis thaliana. Nous avons récemment décrit la diversité cytoplasmique au sein d’une collection d’accessions d’origines géographiques variées, et montré qu’il existe une co-adaptation nucléo-cytoplasmique au sein de la diversité naturelle chez cette espèce (Moison et al, 2010, Plant J 63:728-38).  Par ailleurs, des variations génétiques corrélées à l’adaptation au climat ont récemment été décrites chez A. thaliana, certaines d’entre elles étant impliquées dans des processus biologiques où interviennent le chloroplaste et la mitochondrie (photosynthèse, métabolisme énergétique) (Hancock et al, 2011, Science 34:83-86 ; Fournier-Level et al, 2011, Science 34:86-89). Enfin, des caractères potentiellement adaptatifs comme l’efficacité d’utilisation de l’eau (WUE), la dormance et la vigueur germinative sont modifiés par des variations cytoplasmiques chez cette espèce (McKay et al, 2008, Evolution 62:3014-26 ; Corey et al, 1976, Genetics 82:677-83 ; nos résultats non publiés). Dans ce projet, nous exploitons une ressource génétique inédite : une collection de 56 cytolignées (lignées possédant le génome nucléaire d’une accession et les génomes cytoplasmiques d’une autre) produites à partir des 8 accessions de la plus petite core-collection du Centre de Ressources de Versailles (McKhann et al, 2004, Plant J 38:193-202). Ces nouvelles combinaisons génétiques seront utilisées pour : 1.	Identifier des gènes nucléaires et cytoplasmiques impliqués dans la co-adaptation entre compartiments génétiques, en exploitant une combinaison génétique particulière dans laquelle la rupture de cette co-adaptation provoque une stérilité mâle.2.	Evaluer l’impact phénotypique des variations génétiques cytoplasmiques et des interactions noyau-cytoplasme à différents niveaux d’intégration pour des traits potentiellement adaptatifs à des changements environnementaux.3.	Etablir des corrélations entre traits mesurés à différents niveaux d’intégration.4.	Identifier dans les différents compartiments génétiques des régions génomiques susceptibles d’être impliquées dans l’adaptation des plantes à leur milieu et/ou dans la co-adaptation nucléo-cytoplasmique.
Résultats : Le projet ayant démarré il y a moins d'un an, aucun résultat ne peut être mis en avant pour le moment
Perspectives : Sans objet à ce stade
Publications et brevets : Sans objet à ce stade