Domitille Coq--Etchegaray soutiendra sa thèse le 19 Décembre à 14h à l'Airial Pierroton
Domitille soutiendra sa thèse intitulée "Déterminisme génétique de la variation des métabolites spécialisés en lien avec les interactions biotiques chez une plante de grande culture et une espèce forestière dominante" (Co-encadrement : Benjamin Brachi et Thierry Langin) le 19 Décembre à 14h à l'Airial Salle des Chénaies (69 Route d'Arcachon, Cestas Pierroton).
Vous pourrez également la suivre via le lien zoom suivant : https://inrae-fr.zoom.us/j/94779929655
Résumé :
Un des mécanismes importants dans la protection et la défense des plantes face aux contraintes de l’environnement est la production de composés chimiques appelés métabolites “spécialisés”. Au sein des espèces, on observe une grande variabilité de production des métabolites spécialisés entre les individus. Cette variation peut être une réponse des individus à des stress biotiques ou abiotiques, mais elle peut aussi avoir pour origine des différences génétiques entre individus. En effet, la variation naturelle de la production de métabolites spécialisés, qu’elle soit constitutive ou induite en réponse à l'environnement, est souvent contrôlée par des différences génétiques entre individus, variétés ou populations.
Dans le cadre de ma thèse nous étudierons la variation du métabolisme spécialisé déterminée par des différences génétiques entre les individus au sein de deux espèces: le chêne sessile (Quercus petraea) et le blé tendre (Triticum aestivum).
Le premier chapitre vise à étudier la variation des métabolites spécialisés foliaires et d’identifier les bases génétiques sous-jacentes à cette variation au sein de populations de chêne sessile, espèce pérenne, dont les populations présentent une grande diversité génétique. En caractérisant la variation naturelle et ses bases génétiques, nous explorons les patrons de diversité génétique des gènes associés avec le métabolisme spécialisé entre et au sein des populations. Nous montrons que la grande majorité des métabolites spécialisés que nous avons mesurés ne présentent pas de différenciation entre les populations. Pour autant nous avons détecté des bases génétiques, suggérant qu’une variation génétique existe au sein des populations pour de nombreux métabolites spécialisés. L'analyse des annotations des molécules et des gènes candidats nous permet d’émettre des hypothèses quant aux processus sélectifs susceptibles de maintenir cette diversité.
Le second chapitre s’intéresse quant à lui aux différences d’expression des gènes homéologues du métabolisme spécialisé entre variétés modernes de blé tendre en réponse à l’infection par un pathogène. L’objectif est d’étudier si la sélection artificielle, ainsi que la polyploïdie de cette espèce hexaploïde, a eu un effet sur la capacité de différentes variétés de blé à induire l’expression de gènes du métabolisme spécialisé en réponse à un stress. En étudiant la variation d’expression entre gènes homéologues, appelés biais d’expression, nous explorons le rôle de la polyploïdie sur l’induction de l’expression des gènes du métabolisme spécialisé en réponse à l’infection par un pathogène. Nous explorons si des variétés aux cultures sélectives différentes présentent des différences de relation d’expression entre gènes homéologues. Nous montrons que les gènes homéologues du métabolisme spécialisé présentent des changements de biais d’expression en réponse à l’infection par le pathogène contrastés entre variétés qui peuvent être contrôlés par des variants génomiques ou des modifications épigénétiques entre les variétés.
Dans l’ensemble, les résultats de ma thèse montrent que la variation intraspécifique du métabolisme spécialisé chez ces deux espèces a un déterminisme génétique fort. En étudiant deux espèces, nous mettons en évidence l’importance de différents mécanismes sous-jacents à la variation de production du métabolisme spécialisé. Chez le chêne, une espèce diploïde avec une diversité génétique importante, les polymorphismes entre gènes dupliqués associés au métabolisme spécialisé semblent être une source de diversité génétique et fonctionnelle importante de la variation naturelle constitutive du métabolisme spécialisé. A contrario, chez le blé, espèce cultivée fortement sélectionnée présentant une diversité génétique plus faible, la contribution relative des gènes homéologues à la transcription des gènes du métabolisme spécialisé semble être une source de la variation de l’induction du métabolisme spécialisé en réponse à un stress biotique.
Mots clés : génétique d’association, expression génétique, métabolisme spécialisé, variation intraspécifique, chêne sessile (Quercus petraea), blé tendre (Triticum aestivum)
Abstract :
Chemical compounds also called “specialized metabolites” play a key role in protection and defense of plants against environmental stresses. Many specialized metabolites are involved in defenses against herbivores or contribute to resistance to oxidative stresses. Within species, specialized metabolites production varied extensively between individuals. This variation may be a response of individuals to biotic and abiotic stresses, but also originated from genetic differences among individuals. Thus, specialized metabolites natural variation, whether constitutive or induced in response to the environment, is controlled by genetic differences between individuals, cultivars or populations.
During my PhD, we studied the variation of specialized metabolism determined by genetic differences between individuals within two species, sessile oak (Quercus petraea) and bread wheat (Triticum aestivum).
In the first chapter, we investigate the natural variation of leaf specialized metabolites and identify the genetic basis underlying the variation within sessile oak populations, a long-lived species displaying high genetic diversity among populations. While studying the natural variation and the underlying genetic basis, we explored the genetic diversity patterns associated with specialized metabolism within and among populations. We showed that a majority of specialized metabolites we investigated don’t display differentiation among populations. Interestingly, we detected genetic polymorphisms with large effects on specialized metabolites suggesting that variation of specialized metabolites within populations has a large genetic component. While studying specialized metabolites annotations and candidate genes we discuss hypotheses that may explain the maintenance of genetic diversity.
In the second chapter, we explore the differentiated expression of specialized metabolism-related genes of bread wheat cultivars in response to the infection by a pathogen. Here, we study the potential role of artificial selection, as well as polyploidy, on the capacity of cultivars to induce differentiated gene expression responses of genes related to the specialized metabolism. By studying relative gene expression among copies of homoeologous genes, termed as expression bias, we explored the role of polyploidy on the gene expression response to the infection by a pathogen. Specifically, we explored whether cultivars, with different genetic backgrounds shaped through breeding programs, displayed differentiated expression bias and changes in expression bias in response to the infection. We showed that specialized metabolism homoeologous genes displayed contrasting changes of homoeolog expression biases in response to the infection among cultivars. Identifying the genetic or epigenetic variation among cultivars influencing the plastic response of expression bias improves our understanding of how the selective history of the cultivars modified how the three wheat subgenomes interact.
Overall, the results of this work show that the intraspecific variation of specialized metabolite production within these two species is strongly influenced by genetics and that structural genetic variation is an important component of the genetic bases of these traits. Specifically we highlighted the importance of two types of structural variation shaping the variation of specialized metabolites production. In oaks, a diploid species with high genetic diversity, polymorphisms between duplicated genes associated with specialized metabolism appear to be a major source of functional and genetic diversity of the natural variation of specialized metabolism. On the other hand, in wheat, a highly selected species with lower genetic diversity, the relative contribution of homoeologous genes to the transcription of specialized metabolism related genes appears to be a source of variation in the induction of specialized metabolism in response to biotic stresses.
Keywords : specialized metabolism, intraspecific variation, genetic basis
