Introduction

Génomique de l’adaptation au climat
chez l’épinette blanche (Picea glauca)
Benjamin Hornoy, N. Pavy, S. Gérardi, S. Blais, F. Gagnon, J. Beaulieu, J. Bousquet
Introduction
Réchauffement global de la surface (°C)
Changement climatique : projections
Année
IPCC (2007)
Introduction
Devenir des arbres forestiers
Extinction
Introduction
Devenir des arbres forestiers
Extinction
Migration  assez rapide ?
Introduction
Devenir des arbres forestiers
Extinction
Migration  assez rapide ?
Adaptation
Introduction
Devenir des arbres forestiers
Extinction
Migration  assez rapide ?
Adaptation
Plasticité phénotypique  à court terme
Introduction
Devenir des arbres forestiers
Extinction
Migration  assez rapide ?
Adaptation
Plasticité phénotypique  à court terme
Adaptation génétique
 assez rapide ? (au moins une génération)
 diversité génétique ? corrélations ? …
= architecture génétique des traits
Introduction
Génomique de l’adaptation
Adaptation
 quels gènes ? combien ? (Howe & Brunner 2005)
 phénomène multilocus : réseaux de gènes (e.g. Todaka et al. 2012)
Applications
 suivi de l’adaptation génétique et du potentiel adaptatif
 sélection variétale pour les reboisements
Introduction
L’épinette blanche
Importance écologique et économique
Conditions climatiques diverses
 adaptation ?
Introduction
L’épinette blanche
Différenciation génétique des populations
 croissance, phénologie, bois
 liée au climat, longitude, latitude
(e.g. Li et al. 1997; Jaramillo-Correa et al. 2001; Namroud et al. 2008)
Introduction
Objectif
Trouver les gènes impliqués dans l’adaptation au climat chez
l’épinette blanche; caractériser les relations entre ces gènes
Introduction
Objectif
Trouver les gènes impliqués dans l’adaptation au climat chez
l’épinette blanche; caractériser les relations entre ces gènes
Approche de génomique des populations
1 – Echantillonner des arbres dans des sites à différentes températures
Introduction
Objectif
Trouver les gènes impliqués dans l’adaptation au climat chez
l’épinette blanche; caractériser les relations entre ces gènes
Approche de génomique des populations
1 – Echantillonner des arbres dans des sites à différentes températures
2 – Balayer la diversité génétique le long du génome
Introduction
Objectif
Trouver les gènes impliqués dans l’adaptation au climat chez
l’épinette blanche; caractériser les relations entre ces gènes
Approche de génomique des populations
1 – Echantillonner des arbres dans des sites à différentes températures
2 – Balayer la diversité génétique le long du génome
3 – Détecter les polymorphismes sous sélection
Introduction
Objectif
Trouver les gènes impliqués dans l’adaptation au climat chez
l’épinette blanche; caractériser les relations entre ces gènes
Approche de génomique des populations
1 – Echantillonner des arbres dans des sites à différentes températures
2 – Balayer la diversité génétique le long du génome
3 – Détecter les polymorphismes sous sélection
4 – Etudier les gènes contenant ces polymorphismes
Méthodes
Echantillonnage
froid
humide
• 41 sites
• gradients climatiques
chaud
sec
temp.: -4 à 7°C (moy. ann.)
Québec
Ontario
USA
km
Méthodes
Balayage génomique
• 14,842 SNPs
Génome de l’individu A
Génome de l’individu B
Méthodes
Balayage génomique
• 14,842 SNPs
Génome de l’individu A
Génome de l’individu B
• 2 puces Illumina Infinium
Méthodes
Balayage génomique
• 14,842 SNPs
Génome de l’individu A
Génome de l’individu B
• 2 puces Illumina Infinium
• Contrôles de qualité (GenTrain score, polym., call rate, MAF, FIS)
 11,085 SNPs dans 7,819 gènes (28% des gènes connus chez l’épinette blanche)
Méthodes
Analyses de génomique écologique
• Détection d’outliers
 SNPs ayant une forte différenciation entre les populations
Méthodes
Analyses de génomique écologique
• Détection d’outliers
 SNPs ayant une forte différenciation entre les populations
SNP 1
Pop 1
Pop 2
Pop 3
SNP 2
Méthodes
Analyses de génomique écologique
• Détection d’outliers
 SNPs ayant une forte différenciation entre les populations
SNP 1
Pop 1
SNP 2
FST
Pop 2
Hétérozygotie
Pop 3
Méthodes
Analyses de génomique écologique
• Détection d’outliers
 SNPs ayant une forte différenciation entre les populations
SNP 1
Pop 1
Pop 2
SNP 2
FST
SNP 2
SNP 1
Hétérozygotie
Pop 3
Méthodes
Analyses de génomique écologique
• Détection d’outliers
 SNPs ayant une forte différenciation entre les populations
SNP 1
Pop 1
SNP 2
FST
Pop 2
Hétérozygotie
Pop 3
Méthodes
Analyses de génomique écologique
• Régression
 entre la fréquence d’un allèle et une variable climatique
Méthodes
Analyses de génomique écologique
• Régression
 entre la fréquence d’un allèle et une variable climatique
Méthodes
Analyses de génomique écologique
Fréquences alléliques
• Régression
 entre la fréquence d’un allèle et une variable climatique
Température
Méthodes
Analyses de génomique écologique
• Régression
 entre la fréquence d’un allèle et une variable climatique
Fréquences alléliques
SNP 1
Pop 1
Pop 2
Température
Pop 3
Méthodes
Analyses de génomique écologique
• Régression
 entre la fréquence d’un allèle et une variable climatique
SNP 1
SNP 2
Fréquences alléliques
Pop 3
Pop 1
Température
Pop 2
Température
Méthodes
Analyses de génomique écologique
• Régression
 entre la fréquence d’un allèle et une variable climatique
SNP 2
Fréquences alléliques
SNP 1
Température
Température
Résultats
Exemple de SNP associé à la température
Fréquence allélique
FST
y = -0.03x + 0.26
R = 0.49
0,7
0,6
0,5
0,4
p=0.01
0,3
p=0.05
0,2
0,1
0
-6
Hétérozygotie
-4
-2
0
2
4
Température moyenne annuelle (°C)
6
8
Résultats
Bilan du % de SNPs (gènes) significatifs
Température
ARLEQUIN
BAYESCAN
BAYENV
Rég.
P<0.01
Bayes Factor >1
Bayes Factor >1
P<0.01
1.5 (2.0)
2.1 (2.9)
1.9 (2.6)
4.7 (6.2)
Total
8.6 (11.4)
Résultats
Bilan du % de SNPs (gènes) significatifs
Température
ARLEQUIN
BAYESCAN
BAYENV
Rég.
P<0.01
Bayes Factor >1
Bayes Factor >1
P<0.01
1.5 (2.0)
2.1 (2.9)
1.9 (2.6)
4.7 (6.2)
Total
8.6 (11.4)
888 gènes
Résultats
Familles des gènes détectés
• Gènes du métabolisme des sucres, …
• Kinase, Caspase, ...
• Gènes liés aux stress chez Arabidopsis (chaleur, déshydratation, froid)
 HSP20, AP2 domain, ABC transporter
Résultats
Trois gènes détectés par les 4 méthodes
• Domaine kinase
 phosphorylation
• Glycosyl-hydrolase (famille 9)
 modification de la paroi
• Tubuline/FtsZ, domaine GTPase
 division cellulaire et des organelles
 réprimé par le froid chez Arabidopsis thaliana
Résultats
Tubuline
 FST = 0.10 (P=0.0001)
FST
y = 0.03x + 0.86
R = 0.75
Fréquence allélique
1
0,8
p=0.01
0,6
p=0.05 0,4
0,2
0
-6
Hétérozygotie
-4
-2
0
2
4
Température moyenne annuelle (°C)
6
8
Conclusions et perspectives
Conclusions
• Plusieurs familles de gènes et fonctions liées à la température chez P. glauca
Conclusions et perspectives
Conclusions
• Plusieurs familles de gènes et fonctions liées à la température chez P. glauca
Perspectives
• Analyser d’autres paramètres climatiques (précipitation)
Conclusions et perspectives
Conclusions
• Plusieurs familles de gènes et fonctions liées à la température chez P. glauca
Perspectives
• Analyser d’autres paramètres climatiques (précipitation)
Analyse multivariée PLS
• Détecter des effets d’épistasie entre les gènes impliqués
temp.
Conclusions et perspectives
Conclusions
• Plusieurs familles de gènes et fonctions liées à la température chez P. glauca
Perspectives
• Analyser d’autres paramètres climatiques (précipitation)
Analyse multivariée PLS
• Détecter des effets d’épistasie entre les gènes impliqués
temp.
• Identifier les voies métaboliques impliquées
Merci de votre attention
Méthodes
0.14
10494v1
0.09
157
116
98
94
92
81
72
62
50
38
28
22
-0.01
10
0.04
0
FST
10398e
LG1
-0.06
Distance (cM)
10494v1
10398e
0.4
0.3
0.3
Mean Gamma
Mean Gamma
0.4
0.2
0.1
0.1
0.0
0.0
-0.1
0.2
1
2
3
4
Population
5
6
-0.1
1
2
3
4
5
6
Population
Namroud et al. (2008)
Résultats
Structure génétique : regroupement Bayésien (BAPS)  K=2 : deux lignées glaciaires
Résultats
Exemple de SNP associé à la température
• relation quadratique
Fréquence allélique
FST
y = 0.01x2 - 0.02x + 0.17
R = 0.48
0,7
0,6
0,5
0,4
p=0.01
0,3
p=0.05
0,2
0,1
0
-6
Hétérozygotie
-4
-2
0
2
4
Température moyenne annuelle (°C)
6
8
Introduction
Provenances étudiées
Sites expérimentaux
Introduction
Provenances étudiées
Sites expérimentaux
Introduction
Provenances étudiées
Sites expérimentaux
Provenance nordique
Introduction
Provenances étudiées
Sites expérimentaux
Provenance nordique
Provenance méridionale