trans - Institut des Sciences de l`Evolution de Montpellier

TRANS
Les transitions de systèmes de reproduction chez les angiospermEs et leurs conséquences
génomiques
Breeding system transitions in flowering plants and their genomic consequences
Contact ISEM : Sylvain Glémin, Phylogénie et Evolution Moléculaire
Coordinateur : Sylvain Glémin, UMR 5554 ISEM Institut des Sciences de l’Evolution
ANR11-BSV7-013-01 - Blanc-Biodiversité, évolution, écologie et agronomie
Durée : 4 ans du 01/09/2011 AU 31/08/2015
Partenaires :
INRA Amélioration Génétique et Adaptation des Plantes méditerranéennes et tropicales
Lille1 FRE 3268 Laboratoire de Génétique et Evolution des Populations Végétales
LBBE Laboratoire de Biométrie et de Biologie Evolutive
ADMM UMR 7144 Adaptation et Diversité en Milieu Marin
CNRS/ISEM UMR 5554 ISEM Institut des Sciences de l’Evolution
La diversité et l’évolution des systèmes de reproduction ont fasciné les biologistes de l’évolution
depuis longtemps : ce sont des caractères très labiles et ils peuvent évoluer très rapidement,
parfois en réponse aux activités humaines. De plus, ils ont des conséquences évolutives et
écologiques importantes. La compréhension des causes et des conséquences de l’évolution des
systèmes de reproduction est donc un enjeu majeur pour mieux comprendre et gérer les
populations naturelles et cultivées. Cependant, bien qu’anciennes, de nombreuses questions
restent controversées ou encore peu explorées : y a-t-il des transitions préférentielles entre
systèmes de reproduction et varient elles entre groupes phylogénétiques ? Quelles sont les bases
génétiques et les pressions de sélection associées aux transitions de systèmes de reproduction ?
Quelles sont les conséquences de ces transitions sur l’évolution des génomes et le devenir des
espèces (par exemple : l’autofécondation et la dioécie sont-elle des culs de sac évolutif ?). Le
nombre croissant de données disponibles sur les systèmes de reproduction, la possibilité
d’obtenir de très grands jeux de données génomiques grâce aux nouvelles technologies de
séquençage et le développent d’outils de modélisation sophistiqués, permettent de revisiter ces
questions avec de nouvelles approches. Dans ce projet, nous proposons de combiner des
approches comparatives dans un cadre phylogénétique, des modèles de génétiques des
populations et des analyses de données de génomiques pour traiter ces questions. Dans la
première partie, nous proposons d’établir une base de données de systèmes de reproduction
pour analyser les transitions à différentes échelles phylogénétiques et tester les hypothèses
concernant les principales tendances évolutives. Dans une seconde partie, nous proposons
d’analyser en détail la dynamique de transition d’un système de reproduction à un autre par des
approches théoriques et expérimentales sur trois cas d’étude : la transition de l’auto-
incompatibilité à l’autofécondation chez Arabidopsis, l’évolution de la gynodioécie et de la dioécie
chez les Silènes, et l’évolution de l’Androdioécie chez les Oléacées. Dans la dernière partie, nous
proposons d’étudier les conséquences génomiques de l’évolution des systèmes de reproduction
par des approches théoriques et par l’analyse de données de génomiques. Ce projet réunit une
part important de la communauté française travaillant sur l’évolution des systèmes de
reproduction chez les plantes avec des équipes aux compétences variées et complémentaires
(théorie, génétiques des populations, génomiques évolutives).

The diversity and evolution of breeding systems have fascinated evolutionary biologists for long.
They are very labile and can evolve rapidly, sometimes in response to human activities;
furthermore, they have important evolutionary and ecological consequences. Understanding the
causes and consequences of breeding system evolution is thus a central issue for understanding
and better managing natural and cultivated populations. However, though ancient, some
questions remain poorly explored or controversial: are there preferential transition pathways and
do they vary between phylogenetic groups? Which are the genetic bases and the selective
pressures involved in breeding system transitions?
Which are the consequences of these transitions for genome evolution and species fate (e.g., are
selfing and dioecy evolutionary dead-ends?). The increasing availability of breeding system
information in many species, the possibility to obtain massive genomic data thanks to Next
Generation Sequencing technologies, and the development of sophisticated modelling tools call
for new investigations on these issues. In this project we propose to combine comparative
phylogenetic approaches, population genetics modelling and genomic data analyses to address
these issues. In a first part, we propose to build a breeding system database to analyse breeding
system transitions in Angiosperms at various phylogenetic scales and to test for classical
hypotheses about major evolutionary trends. In a second part, we propose to analyse in detail the
dynamics of breeding system transitions by combining theoretical approaches, data analyses, and
experimental work in three case studies: the transition from self-incompatibility to selfing in
Arabidopsis, the evolution of gynodioecy and dioecy in Silene, and the evolution of androdioecy in
Oleaceae. In the last part, we propose to investigate some genomic consequences of breeding
system evolution, through theoretical approaches and genomic data analyses.
This proposal unites most of the French community working on the evolution of the plant
breeding systems with groups having complementary expertise (theory, population genetics,
evolutionary genomics) from Montpellier, Lille, Lyon and Roscoff.