Paléogénomique de la domestication des bovins

par Wejden Ben Dhafer

Projet de thèse en Génétique

Sous la direction de Eva-Maria Geigl.

Thèses en préparation à l'Université Paris-Saclay (ComUE) , dans le cadre de École doctorale Structure et dynamique des systèmes vivants (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....) , en partenariat avec Institut Jacques Monod (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    Résumé : Projet de thèse 2018-2021, Wejden Bendhafer, sous la direction du Dr Eva-Maria Geigl Titre: Paléogénomique de la domestication des bovins pour enrichir les stratégies durables de sélection Le projet qui m'a été proposé par le laboratoire d'accueil, l'équipe « Epigénome et Paléogénome » de l'Institut Jacques Monod, et avec lequel j'ai joint l'Ecole Doctorale SDSV, s'inscrit dans la continuité de mon travail effectué au cours de mon stage de M2 en 2017 dans le même laboratoire. Dans ce projet qui est axé sur la génomique évolutive, je m'intéresse à l'évolution au niveau des populations en comparant les populations anciennes et actuelles. En effet, l'approche principale que je poursuis repose sur une analyse diachronique de l'évolution des populations en utilisant la paléogénomique, c'est-à-dire, l'étude de l'ADN préservée dans des ossements anciens. Le modèle d'évolution auquel je m'intéresse est la domestication, car c'est un modèle d'évolution sous contrainte sélective forte, dirigée par les êtres humains, et changeante au cours des périodes historiques. Je réalise donc une étude paléogénomique de l'évolution des génomes d'aurochs, ancêtres de bœufs domestiqués, et des bœufs domestiqués au cours des dernières 10.000 ans au Proche-Orient, en Europe et en Afrique. Ce projet s'intègre dans le projet « Path2Bos », financé par l'ANR dont mon laboratoire d'accueil est le coordinateur. L'objectif de nombreuses études génétiques est d'améliorer la production du lait, de viande, la fécondité et la résistance aux maladies des bovins. Ces intérêts économiques font que des nombreuses études génétiques et génomiques sont réalisées sur les populations modernes et que l'on dispose d'un grand corpus de données génomiques modernes pour suivre l'évolution. Un gros consortium international a réalisé le séquençage de plusieurs milliers de génomes bovins modernes (1000 bulls genome project). Mon projet s'intègre dans un projet ANR auquel participent plusieurs laboratoires de l'INRA de génétique des populations, mais aussi d'amélioration des caractères bovins, qui sont membres de ce consortium de séquençage des génomes bovins modernes. Ainsi, je pourrai comparer les séquences des génomes anciens produites au laboratoire avec celles produites par le consortium. Nous sommes donc en train de séquencer les génomes entiers de plusieurs (entre 10 et 20) échantillons bovins anciens datés entre 13.000 et 2000 ans pour retracer l'histoire évolutive des génomes bovins et contribuer ainsi à l'identification de régions génomiques qui ont été sélectionnées positivement à un moment donné dans l'histoire de la domestication des bœufs. Lors de mon stage de M2 ainsi que durant ma première année de thèse, j'ai déjà contribué à la caractérisation des échantillons particulièrement intéressants sur le plan archéologique comme sur le plan de la conservation de l'ADN, alors que d'autres ont été caractérisés préalablement par le laboratoire d'accueil et sont inclus dans la présente étude. Les découvertes attendues par cette étude diachronique devraient nous permettre de (i) séquencer le génome d'un aurochs qui appartient à la population initiale qui était domestiquée et ainsi déterminer la ligne de base (« baseline »), c'est-à-dire une référence avec laquelle on peut comparer les génomes des périodes plus récentes ; (ii) caractériser l'évolution de la diversité génétique au cours du processus de domestication, (iii) identifier des régions d'intérêt pour la sélection génomique actuelle et en particulier des régions génomiques associées à des traits agronomiques; (iv) identifier et caractériser les mécanismes sous-jacents à la domestication, comme des effets fondateurs ou l'hybridation. Ce dernier point sera abordé par l'étude d'éventuels événements d'introgression des populations sauvages locales dans les cheptels domestiques. Sachant que la domestication et la sélection artificielle accélérée récente entraînent une réduction de la diversité génétique, on cherchera des régions génomiques associées à des traits agronomiques sélectionnés dans le passé qui pourraient être utiles aujourd'hui, par exemple, la résistance à des pathogènes, l'adaptation à des environnements divers, mais pour lesquels les allèles avantageux pourraient être en train d'être perdus avec la réduction de diversité en cours résultant de l'intensification de la sélection génétique depuis un demi-siècle. Finalement, ces données devraient aussi contribuer à reconstruire l'histoire des interactions entre êtres humains et bœufs domestiqués Mots-clefs : évolution, domestication, paléogénomique, génomique des populations, Sélection naturelle vs artificielle, Bos taurus

  • Titre traduit

    Paleogenomics of cattle domestication


  • Résumé

    Thesis project 2018-2021, Wejden Bendhafer, under the direction of Dr. Eva-Maria Geigl Paleogenomics of cattle domestication to enrich sustainable breeding strategies The project proposed to me by the host laboratory, the "Epigenome and Paleogenome" team of the Jacques Monod Institute, with which I wish to integrate the SDSV Graduate School, is a continuation of my work performed done during my internship M2 in 2017 in the same laboratory. In this project, which focuses on evolutionary genomics, I am interested in the evolution of populations through the comparison of ancient and present-day populations. Indeed, the main approach I wish to pursue is based on a diachronic analysis of the evolution of populations using paleogenomics, i.e., the study of DNA preserved in ancient bones. The model of evolution in which I am interested in is domestication, because it allows the analysis of a process under strong human-driven selective constraint and changing during various historical periods. I therefore wish to carry out a paleogenomic study of the evolution of aurochs genomes, ancestors of domesticated cattle, and domesticated cattle themselves during the last 10,000 years originating from the Near East, in Europe and in Africa. This project is part of the project "Path2Bos", funded by the ANR of which my host laboratory is the coordinator. The goal of many genetic studies is to improve milk and meat production, fecundity and disease resistance in cattle. These economic interests imply that many genetic and genomic studies are carried out on modern populations and that there is a large body of modern genomic data to monitor evolution. A large international consortium has sequenced several thousand modern bovine genomes (1000 bulls genome project). My project is part of an ANR project involving several INRA laboratories specialized in population genetics, as well as in the improvement of physical traits in cattle, who are members of this consortium for sequencing modern bovine genomes. Thus, I will be able to compare the sequences of the ancient genomes produced in the laboratory with those produced by the consortium. This provides a solid foundation for the thesis project. I therefore wish, during the 3 years of my thesis, to sequence whole genomes of several (between 10 and 20) ancient cattle samples dated between 13,000 and 2000 years old to trace the evolutionary history of cattle genomes and thus contribute to the identification of genomic regions that were positively selected at some point in the history of cattle domestication. During my M2 internship, I have already contributed to the characterization of samples that are particularly interesting in terms of their archeological context and their DNA preservation, while others have been previously characterized by the host laboratory and will be included in this study. The findings expected from this diachronic study should allow us to (i) sequence the genome of an aurochs that belongs to the population that was initially domesticated and thus determine the baseline, i.e., a reference with which one can compare the genomes of more recent periods; (ii) characterize the evolution of genetic diversity during the domestication process, (iii) identify areas of interest for current genomic selection and in particular genomic regions associated with agronomic traits; (iv) identify and characterize the mechanisms underlying domestication, such as founder effects or hybridization. This last point will be addressed through the study of possible introgression events of local wild populations into domestic flocks or with other domesticated populations. Since domestication and recent human-driven accelerated artificial selection over the last half-century led to a reduction in genetic diversity, we will search for genomic regions associated with selected agronomic traits in the past that could be useful today, for example, resistance to pathogens, adaptation to diverse environments, but for which beneficial alleles may have been lost with the on-going reduction in diversity. Finally, these data should also help to reconstruct the history of interactions between humans and domesticated cattle. keywords:evolution, domestication,paleogenomics, population genomics, Natural selection vs artificial selection, Bos taurus