Adaptation locale des téosintes Zea mays ssp. parviglumis et Zea mays ssp. mexicana le long de gradients altitudinaux

Local adaptation of teosintes Zea mays ssp parviglumis and Zea mays ssp mexicana on altitudinal gradients

• Auteur / Autrice : Margaux-Alison Fustier
• Direction : Maud Tenaillon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 16/06/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences du végétal : du gène à l'écosystème (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génétique quantitative et évolution-Le Moulon (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2002-....)
• Jury : Président / Présidente : Christine Dillmann
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maud Tenaillon, Christine Dillmann, Vincent Castric, Fabrice Roux, Tatiana Giraud, Benoît Nabholz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vincent Castric, Fabrice Roux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Maïs

Phénotype

Évolution moléculaire

Mots clés libres

Adaptation locale

Populations naturelles

Séquençage en mélange

Différentiation allélique

Scan génomique

Génétique d’association

Local adaptation

Natural populations

Pool-Sequencing

Allelic differentiation

Genome scan

Association mapping

Résumé

Les téosintes Zea mays ssp. parviglumis et ssp. mexicana sont les apparentés sauvages les plus proches du maïs cultivé. Elles occupent au Mexique des niches écologiques distinctes bien délimitées par l’altitude. Zea mays ssp. parviglumis pousse dans des environnements chauds et humides situés à moins de 1800m d’altitude, tandis que Zea mays ssp mexicana pousse dans des environnements plus secs et froids (au-dessus de 1800m). Nous nous sommes intéressés aux bases génétiques de l’adaptation locale des téosintes à l’altitude. Dans ce but, 37 populations ont été échantillonnées le long de deux gradients altitudinaux, utilisés comme réplicats biologiques. Deux populations extrêmes de chaque gradient ainsi que deux populations de moyenne altitude de chaque sous-espèce du gradient 1 ont été séquencées à faible profondeur afin de découvrir des polymorphismes dont les fréquences alléliques sont contrastées entre les extrêmes tout en contrôlant pour la différenciation entre les sous-espèces. A partir de méthodes de détection de la sélection intra- et inter-populationnelle, des locus candidats ont été détectés. Une revue bibliographique a permis d’établir des correspondances entre nos candidats et des régions précédemment décrites pour leurs effets phénotypiques sur des caractères adaptatifs. Nous montrons ainsi un rôle important des interactions sol-plante et de la pilosité des feuilles dans l’adaptation à l’altitude. Pour valider certains de nos candidats, 270 polymorphismes ont été génotypés sur les 37 populations afin de réaliser des études de clines de fréquence. Parallèlement, nous avons mis en œuvre un dispositif de caractérisation phénotypique (2 lieux x 2 années) afin de tester l’association entre ces polymorphismes et 18 caractères mesurés en champ. Nous discutons des apports méthodologiques de notre étude aussi bien du point de vue des technologies haut débit que de la détection de la sélection. Notre dispositif devra être pleinement exploité pour valider nos candidats. Les perspectives incluent la poursuite de l’étude sur d’autres types de polymorphismes ainsi qu’un suivi temporel des populations.

Teosintes Zea mays ssp parviglumis (parviglumis) and Zea mays ssp mexicana (mexicana) are the closest wild relatives of cultivated maize. They occupy distinct ecological niches in Mexico, well separated by altitude. Zea mays ssp. parviglumis encountered below 1800m grows in wet and warm conditions, while mexicana grows in drier and colder climates (above 1800m). In order to investigate the genetic bases of local adaptation to altitude, we sampled 37 populations along two altitudinal gradients. We sequenced the two most extreme populations of each gradient as well as two intermediate populations - one from each subspecies along gradient 1. We searched for polymorphisms with contrasted allele frequencies between the extremes while accounting for subspecies differentiation. Using both inter- and intra- population methods we identified several candidate loci. Based on a literature review, we confronted them with regions previously described as involved in phenotypic variation of adaptive traits. Our results highlight the role of plant-soil interactions and leaves hairiness in the adaptation to altitude. To validate further a subset of 270 polymorphisms chosen among our best candidates, we genotyped them on the 37 populations with the aim of performing clinal analyzes of allele frequencies. In parallel, we undertook phenotypic evaluation trials (2 locations x 2 years) to test the association of these polymorphisms with 18 traits measured in the field. We discuss the methodological contributions of our study both from the standpoint of high throughput technologies and detection of selective footprints. Our setting will be fully exploited to validate our candidates. Perspectives include the discovery and assessment of the contribution of other types of polymorphisms and the temporal follow-up of populations.