Projet ANR-10-JCJC-1705 – GenoPheno : Génomique de la phénologie chez la processionnaire du pin, Thaumetopoea pityocampa
Programme : JCJC : Sciences de la vie, de la santé et des écosystèmes :  Biodiversité, évolution des écosystèmes, écosystèmes productifs, agronomie (JCJC SVSE 7)
Année de financement : 2010
Coordinateur du projet : Madame Carole KERDELHUÉ (INSTITUT NATIONAL DE LA RECHERCHE AGRONOMIQUE - CENTRE DE MONTPELLIER)
Partenaires : Centre de Biologie pour la Gestion des Populations
Montant : 273967.0 euros
Date de début : 2010
Durée : 48 mois
Résumé : GenoPhenoGénomique de la phénologie chez la processionnaire du pin Thaumetopoea pityocampa
Objectifs initiaux du projetL’objectif général du projet est de rechercher les bases génétiques de la phénologie de la reproduction chez un insecte ravageur forestier, la processionnaire du pin, pour lequel ce trait est très variable et a une forte valeur adaptative. Nos objectifs sont donc de rechercher les régions du génome impliquées dans la phénologie, aussi bien pour des variations typiques de ce trait sur l'ensemble de l'aire que pour les variations atypiques observées à Leiria. nous proposons une approche ambitieuse de balayage pan-génomique avec des marqueurs nouvellement développés pour identifier des signatures de sélection adaptative.
Méthodologiei) produire de nouveaux outils moléculaires en identifiant des marqueurs (de type SNPs) selon deux approches différentes et complémentaires (séquençage haut-débit de transcriptomes et de génomes réduits d'individus de phénologies différentes)ii) génotyper plusieurs populations naturelles à l’aide des marqueurs développésiii) et de réaliser une analyse fine des données pour identifier les régions du génome sous sélection adaptative en utilisant, et le cas échéant en développant, les approches les plus adaptées.
Résumé de la soumission : Le changement climatique actuel entraîne la modification de l'aire de distribution et/ou du cycle de vie de nombreuses espèces. Or la phénologie du développement est un trait dont les modifications peuvent avoir des conséquences évolutives majeures. En effet, les variations de dates d'émergence des individus peuvent i) rompre la synchronisation de relations biotiques (prédateur/proie, plante/pollinisateur, insecte/plante-hôte), ii) modifier le cortège des ennemis naturels et les pressions de sélection qu'il impose, ou iii) induire une réduction des flux de gènes entre groupes d'individus se reproduisant à des périodes différentes, ce qui peut initier un processus de différentiation, voire de spéciation, allochronique.Nous proposons de rechercher les bases génétiques de la phénologie de la reproduction chez un insecte forestier pour lequel ce trait est très variable et a une forte valeur adaptative. La processionnaire du pin (Lepidoptera: Notodontidae) est un ravageur majeur des pinèdes méditerranéennes dont les larves grégaires sont fortement urticantes et posent des problèmes de santé publique et animale. Son aire de distribution s'étend actuellement vers le Nord et en altitude sous l'effet de l'augmentation des températures hivernales. Son cycle de vie est annuel, et la date d'émergence des adultes est liée aux conditions de températures locales (la reproduction a lieu en juin-juillet dans les régions où les hivers sont froids, et en fin d'été dans les régions plus chaudes). Dans les zones de montagne, des décalages phénologiques importants, qui se maintiennent en conditions contrôlées, peuvent donc être observées entre les populations de basse et de haute altitude, même à faible distance.De plus, il existe au Portugal (Parc National de Leiria) une population ayant une phénologie atypique, très décalée par rapport à la phénologie habituellement observée localement: les individus de la population "mutante" émergent et se reproduisent dès le mois de mai - et non en fin d'été comme la population « normale » - et le développement larvaire a ensuite lieu en été et non en hiver. Les analyses génétiques suggèrent que cette population a été fondée localement à partir de quelques individus ayant subi un changement de cycle de vie.Ainsi, nous disposons d'un matériel biologique remarquable pour rechercher les régions du génome impliqués dans la phénologie, aussi bien pour des variations typiques de ce trait sur l'ensemble de l'aire que pour les variations atypiques observées à Leiria. Plutôt que d'analyser un petit nombre de gènes candidats potentiellement impliqués dans la phénologie, nous proposons une approche ambitieuse de balayage pan-génomique avec des marqueurs nouvellement développés pour identifier des signatures de sélection adaptative. Malgré le niveau faible de caractérisation de la structure du génome de la processionnaire du pin, l'avènement des technologies haut-débit de séquençage et de génotypage nous permet de construire un projet novateur pour réaliser ces objectifs. Ainsi, nous proposons i) de produire de nouveaux outils moléculaires en identifiant des marqueurs (de type SNPs) selon deux approches différentes et complémentaires (séquençage haut-débit de transcriptomes et de génomes réduits d'individus de phénologies différentes); ii) de génotyper ~2500 SNPs parmi les marqueurs développés sur plusieurs populations naturelles pour les caractériser et sur un croisement F2 (grâce à une collaboration avec l'Université de Lisbonne) afin de construire une première carte génétique; iii) et de réaliser une analyse fine des données pour identifier les régions du génome sous sélection adaptative en utilisant, et le cas échéant en développant, les approches les plus adaptées. Ce projet permettra de constituer une nouvelle équipe autour de cinq jeunes scientifiques ayant des compétences complémentaires. Il constitue une étude pilote permettant d'initier la construction d'un réseau collaboratif européen plus large.
Résultats : - Assemblage et analyse comparative des données de séquençage de transcriptome par la technologie Roche 454 sur les deux populations de Leiria (SP et WP) : Ces analyses ont permis d’identifier  environ 1 450 SNP.
- Acquisition et analyse de données transcriptomique par la technologie Illumina : en cours. Les données ont été acquises pour 4 des 7 stades prévus sur les populations SP et WP, et sont en cours d’assemblage. 
- Développement de marqueurs SNP par séquençage de génome réduit : la technique de RAD-seq a été choisie en début de projet. Des données de bonne qualité ont été acquises en 2012. Les données brutes sont en cours d’analyse bio-informatique pour identifier les sites polymorphes. 
- Grâce à l’obtention en 2012 d’un soutien de l’INRA , nous avons pu compléter les données de séquençage haut-débit nécessaire à l’obtention d’un génome de référence pour l’espèce étudiée. Les données pré-assemblées sont disponibles depuis quelques semaines.
- Echantillonnage et phénotypage sur le terrain : des suivis des dates d’émergence des adultes ont été réalisés grâce à la pose de pièges phéromonaux tout au long de la saison de reproduction, aussi bien à Leiria (SP et WP) que sur trois gradients altitudinaux (Mont Ventoux, Alpes Italiennes et Sierra-Nevada en Espagne). 
- Phénotypage de lignées F1 en conditions contrôlées : l’obtention de lignées F2 s’étant révélée impossible, nous avons revu notre stratégie et privilégié l’obtention et le phénotypage de lignées F1 au Portugal. Des données ont été obtenues en 2011 et 2012, et seront complétées en 2013
Perspectives : - Analyse bio-informatique des données obtenues : optimisation des assemblages et des annotations du génome et des transcriptomes populationnels. Ancrage et annotation des SNP identifiés
- Analyse des données  RAD-seq déjà obtenues : analyse de la structure génétique neutre et de l’introgression éventuelle entre SP et WP, et recherche des signatures de sélection le long du génome
- Test de l’approche de re-séquençage du génome complet sur des « pools » d’individus représentant des populations : approche en cours de test sur les populations SP et WP, qui sera ensuite éventuellement appliquée aux autres populations caractérisées et échantillonnées.
- Echantillonnage et caractérisation sur le terrain d’autres populations
- Publication des principaux résultats et présentation dans des congrès internationaux.
Publications et brevets : Gautier M., Gharbi K., Cézard T., Foucaud J., Kerdelhué C., Pudlo P., Cornuet J.-M., Estoup A., 2013. The effect of RAD allele drop-out on the estimation of genetic variation within and between populations. Molecular Ecology, sous presse. doi: 10.1111/mec.12089
Gautier M., Foucaud J., Gharbi K., Cézard T., Galan M., Loiseau A., Thomson M., Pudlo P., Kerdelhué C., Estoup A., 2013. Estimation of population allele frequencies from next-generation data: pooled versus individual genotyping. Molecular Ecology. Accepté avec révisions mineures.
Gschlößl B., Vogel H., Burban C., Streiff R., Kerdelhué C., en préparation. Comparision of two phenologically divergent populations of the pine processionary moth Thaumetopoea pityocampa through de novo transcriptome sequencing. A soumettre à BMC Genomics.
Gautier M., Cornuet J.-M., Gharbi K., Estoup A., 2011. Effect on genetic variation estimates of allele drop out in RADs derived SNPs: a simulation-based survey. Plenary invited conference, 3rd RAD meeting, Edimbourgh, Scotland. 
 Burban C., Santos H., Landes J., Leblois R., Paiva M.-R., Branco M., Kerdelhué C., 2012. Allochronic differentiation of a pine processionary moth population in Portugal: evolutionary scenario based on neutral markers. MEDINSECT 3: Entomological research in Mediterranean forest ecosystems, Hammamet, Tunisie.