Génomique et adaptation des traits de vie des champignons impliqués dans les interactions plante-pathogène – GANDALF

Dans ce contexte, le projet ANR Gandalf (2013-2016) se propose d'utiliser une approche de ge´nomique des populations, sans a priori sur les ge`nes implique´s dans l'adaptation, pour analyser les processus d'adaptation chez les parasites de plantes. Le projet s’intérrese a` un ensemble de patron d’adaptation sur un gradient e´cologique allant de la spe´cialisation plante-ho^te a` l'adaptation a` la re´sistance quantitative, en passant par l’adaptation au cultivar.
Le projet réunit 11 équipes (INRA, CNRS, CIRAD) travaillant sur 9 espèces de champignons/oomycètes pathogènes pour lesquels le génome a été complètement séquencé :

En cours

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Les agents pathogènes des plantes évoluent rapidement et sont capables de contourner ou d’éroder les résistances de leur hôte. Cependant, les bases moléculaires et processus de cette adaptation restent encore mal compris. Les gènes des champignons pathogènes peuvent déterminer qualitativement si un génotype de la plante peut être infecté ou non (cad spécialisation d'hôte et/ou virulence vs avirulence) ou peuvent déterminer quantitativement la capacité du champignon à surmonter les défenses basales de la plante-hôte (cad agressivité). Il a été proposé que ces traits, apparemment distincts chez les champignons, pourraient en fait être gouvernées par les mêmes déterminants génétiques. L’identification des polymorphismes adaptatifs dans les populations de champignons pathogènes permettra d’élucider les processus évolutifs qui sous-tendent l'adaptation à la plante-hôte.

Tirant parti des nouvelles technologies de séquençage à haut-débit, le projet GANDALF se propose d'utiliser une approche de génomique des populations et d’ écologie-inverse (cad sans a priori sur les gènes impliqués dans l'adaptation d'hôte) pour étudier les processus d'adaptation dans un continuum écologique allant de la spécialisation plante-hôte (qualitative) jusqu’à l’agressivité (quantitative). GANDALF rassemble des scientifiques d’unités et d'institutions différentes ayant une expertise reconnue internationalement en pathologie végétale, génomique, bioinformatique, génétique évolutive et modélisation (équipes classées A par l'AERES, 4 étant A+). Ce consortium nous permet d’unifier nos approches en choisissant neuf espèces de champignons phytopathogènes modèles, couvrant un large éventail de traits d'histoire de vie (biotrophe ou nécrotrophe, champignon ou oomycète, etc.) et présentant tous des génomes disponibles.

La première étape du projet vise à phénotyper un grand nombre de souches de chaque espèce, issues de croisements contrôlés ou de populations naturelles, pour les traits d’histoire de vie associés à l'adaptation à la plante hôte (Tâche 1). Plusieurs dizaines de souches de ces pathogènes seront ensuite re-séquençées en utilisant les nouvelles technologies de séquençage à haut-débit, afin de révéler le polymorphisme au niveau intra- et inter-populations des pathogènes étudiés (Tâche 2). Les polymorphismes détectés à l’échelle du génome seront ensuite analysés en utilisant soit une approche de génétique d’association (Tâche 3) soit une approche de ‘genome scan’ (Tâche 5). La cartographie des traits d’histoire de vie sera réalisée à partir de l’analyse de descendances ou de populations panmictiques présentant des phénotypes tranchés. Pour le ‘genome scan’ nous développerons une nouvelle méthode d’analyse. En effet, les champignons pathogènes étant soumis à d’importantes variations démographiques, nous avons besoin de développer une méthode capable d'inférer ces paramètres démographiques afin de détecter la sélection sous des modèles de démographie complexe (Tâche 4). Cette méthode sera ensuite utilisée pour conduire la recherche des loci sous sélection dans les génomes des espèces qui auront été re-séquencés (Tâche 5). La validation des loci candidats se fera par génotypage de populations naturelles ou de collections d’isolats complémentaires dans le but de confirmer l’association génotype/phénotype détectée dans les tâches 3 et 5. Enfin, les bases génétiques de l'adaptation à la plante-hôte seront comparées entre les espèces de champignons et le long du continuum spécialisation écologique / virulence / agressivité.

Ce projet permettra une avancée sans précédent dans la compréhension des processus d’adaptation chez les eucaryotes et des bases génomiques de l’évolution des champignons phytopathogènes. Il permettra en outre de développer de solides compétences pour l’utilisation des nouvelles technologies de séquençage dans de nombreuse équipes françaises, et ainsi de renforcer leur excellence scientifique au niveau international.