Projet ANR-13-ADAP-0016 – SilentAdapt : Adaptation à des doses de pesticide variables
Programme : Adaptation - des gènes aux populations. Génétique et biologie de l'adaptation aux stress et aux perturbations (BIOADAPT 2013)
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Monsieur Thomas LENORMAND (Centre d'Ecologie Fonctionnelle et Evolutive)
Partenaires : Centre d'Écologie Fonctionnelle et Évolutive; Institut des Sciences de l'Évolution de Montpellier; Maladies Infectieuses et Vecteurs : Écologie, Génétique, Évolution et Contrôle
Montant : 359931.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 48 mois
Résumé : SilentAdaptL’utilisation massive des pesticides depuis les années 50 a été une révolution majeure pour nos sociétés (agronomie, médecine). L’évolution des résistances chez les organismes traités est, une situation dans laquelle le processus d’adaptation a les conséquences les plus immédiates à très grande échelle. Elle est cependant souvent envisagée dans un contexte écologique simplifié. L'originalité de ce projet est de considérer l'impact de gradients de concentration et de faibles doses de pesticides.
Enjeux et objectifsDeux questions importantes restent des points d’achoppements importants dans notre compréhension de l’évolution des résistances, en présence de faibles doses. (1) La première concerne l’existence de compromis évolutifs entre environnements ayant des doses nulle, faible ou forte de pesticides. Il n'est pas clairement établi si les traits et solutions adaptatives diffèrent selon que les doses de pesticides soient faibles ou fortes. Cette question a reçu très peu d’attention, bien qu'elle soit indispensable pour comprendre l’impact des faibles doses sur l'évolution des fortes résistances et pour évaluer comment les espèces non-cible peuvent évoluer à une exposition chronique par de faibles doses. La deuxième grande question est de déterminer le rôle des duplications de gènes dans le processus d'adaptation à des doses variables. Les variations du nombre de gènes sont d’une ampleur jusqu’ici largement sous-estimées. En particulier, les duplications ‘RS’ combinant des allèles résistant et sensible peuvent être avantagées dans une situation de doses variables en combinant les avantages de chacun de ces allèles.
Méthodes(1a) Dans ce projet, nous étudierons les compromis évolutifs à court et long terme entre doses, grâce à des expériences sur E. coli, élaborées dans le cadre des théories des paysages mutationnels. (1b) Nous étudierons ensuite expérimentalement comment de faibles doses de pesticide peuvent conduire à une situation de superdominance chez des levures diploïdes résistantes. (1c) Enfin, nous utiliserons des suivis à long terme des gènes de résistance du moustique Culex pipiens pour examiner comment leurs effets sélectifs varient avec la dose de pesticides sur le terrain. (2) (2a) Nous étudierons une situation exceptionnelle d’évolution de différentes duplications RS chez Cx. pipiens. Nous caractériserons la structure chromosomique et les effets phénotypiques de ces duplications et réaliserons des suivis pour étudier leur dynamique in natura, dans différents contextes écologiques (en particulier des arrêts de traitement). (2b) Nous étudierons au laboratoire si le scénario d’évolution des duplications RS observé chez le moustique mais très rarement étudiés dans d’autres groupes a également lieu chez les microbes et dans quelles conditions.
Résumé de la soumission : Depuis peu, la biologie évolutive exprime un fort regain d’intérêt pour les processus d’adaptation. Cela est du au renouveau des théories de l’adaptation, au boom de l’évolution expérimentale et aux besoin de mieux prédire les phénomènes évolutifs contemporains face aux changements globaux. L’utilisation massive des pesticides depuis les années 50 a été une révolution majeure pour nos sociétés, dans les pratiques agronomiques, médicales et de santé publique. L’évolution des résistances chez les bactéries, champignons, plantes et animaux est, au delà d’être une situation emblématique, une situation dans laquelle le processus d’adaptation a les conséquences les plus immédiates à très grande échelle. Toutefois, l’évolution de la résistance est le plus souvent envisagée dans un contexte écologique très simplifié (environnements traités et non-traités). L'originalité de ce projet est de considérer l’évolution de la résistance dans le contexte d'un gradient de concentration de pesticides, et tout particulièrement de l’impact des doses faibles. Deux questions importantes restent des points d’achoppements importants dans notre compréhension de l’évolution des résistances, en présence de faibles doses. (1) La première concerne l’existence de compromis évolutifs entre environnements ayant des doses nulle, faible ou forte de pesticides. Il n'est pas clairement établi si les traits et solutions adaptatives diffèrent selon que les doses de pesticides soient faibles ou fortes. Cette question a reçu très peu d’attention, bien qu'elle soit indispensable pour comprendre l’impact des faibles doses sur l'évolution des fortes résistances et pour évaluer comment les espèces non-cible peuvent évoluer à une exposition chronique par de faibles doses. (1a) Dans ce projet, nous étudierons les compromis évolutifs à court et long terme entre doses, grâce à des expériences sur E. coli, élaborées dans le cadre des théories des paysages mutationnels. (1b) Nous étudierons ensuite expérimentalement comment de faibles doses de pesticide peuvent conduire à une situation de superdominance chez des levures diploïdes résistantes. (1c) Enfin, nous utiliserons des suivis à long terme des gènes de résistance du moustique Culex pipiens pour examiner comment leurs effets sélectifs varient avec la dose de pesticides sur le terrain. (2) La deuxième grande question est de déterminer le rôle des duplications de gènes dans le processus d'adaptation à des doses variables. Les variations du nombre de gènes sont d’une ampleur jusqu’ici largement sous-estimées. En particulier, les duplications ‘RS’ combinant des allèles résistant et sensible peuvent être avantagées dans une situation de doses variables en combinant les avantages de chacun de ces allèles. (2a) Nous étudierons une situation exceptionnelle d’évolution de différentes duplications RS chez Cx. pipiens. Nous caractériserons la structure chromosomique et les effets phénotypiques de ces duplications et réaliserons des suivis pour étudier leur dynamique in natura, dans différents contextes écologiques (en particulier des arrêts de traitement). (2b) Nous étudierons au laboratoire si le scénario d’évolution des duplications RS observé chez le moustique mais très rarement étudiés dans d’autres groupes a également lieu chez les microbes et dans quelles conditions. Enfin, ce projet propose d'organiser une conférence internationale sur l'évolution de la résistance afin de favoriser l'émergence de synthèse interdisciplinaire à grande échelle taxonomique, avec un focus sur le réalisme écologique (gradients de doses) et génétiques (duplications etc.) dans l'étude de l’adaptation. Ce projet sera réalisé par trois partenaires en pointe internationalement sur ces thématiques. Ce groupe réunit des compétences très larges (théories de l’adaptation, évolution expérimentale, suivi de terrain, biologie moléculaire de pointe et) et est directement opérationnel, ayant déjà collaboré de manière intensive et répétée sur ces thématiques.
Résultats : en cours
Perspectives : Ce projet propose d'organiser une conférence internationale sur l'évolution de la résistance afin de favoriser l'émergence de synthèse interdisciplinaire à grande échelle taxonomique, avec un focus sur le réalisme écologique (gradients de doses) et génétiques (duplications etc.) dans l'étude de l’adaptation.
Publications et brevets : 1.	Labbé P, Milesi P, Yebakima A, Pasteur N, Weill M, Lenormand T, (2014) Gene-dosage effects on fitness in recent adaptive duplications : ace-1 in the mosquito Culex pipiens. Evolution. 68: 2092-2101.
2.	Martin G, Lenormand T. (2015) The fitness effect of mutations across environments:Fisher’s geometrical model with multiple optima. Evolution 69 : 1433-1447