Etude épigénomique sur la domestication du cheval à l'aide d'ADN ancien

Epigenomic study on the domestication of the horse using ancient DNA

• Auteur / Autrice : Marine Poullet
• Direction : Ludovic Orlando
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Anthropobiologie
• Date : Soutenance le 09/03/2022
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d’Anthropobiologie et de Génomique de Toulouse (2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Éric Crubézy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ludovic Orlando, Clio Der Sarkissian, Gabriel Marais
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Pontarotti, Gianni Liti

Mots clés

Mots clés contrôlés

Épigénétique

Domestication

Cheval

Méthylation

ADN fossile

Mots clés libres

ADN ancien

Épigénétique

Méthylation de l'ADN

Domestication du cheval

Ancient DNA

Epigenetics

DNA Methylation

Horse Domestication

Résumé

L'émergence du séquençage de nouvelle génération (NGS) au début des années 2000 a été l'une des étapes marquantes dans l'histoire récente de la recherche. Cela a révolutionné non seulement le monde de la biologie moléculaire mais aussi celui des sciences en général, en permettant des avancées tant en archéologie qu'en cancérologie. Muni d'une technologie de séquençage d'ADN à très haut débit, les chercheurs ont pu caractériser des milliers de génomes anciens à ce jour, y compris parmi des lignées aujourd'hui éteintes. Cette avancée technologique majeure a également révélé qu'au-delà des séquences des génomes elles-mêmes, il est possible de recouvrer des marques épigénétiques anciennes à partir des traces ADN préservée dans le matériel archéologique. Cela a permis ainsi d'envisager étudier l'évolution possible des modifications épigénétiques portées par des individus ayant traversé de grands changements dans leurs conditions de vie, comme la domestication pour les animaux. Dans le cadre de ce doctorat, nous avons voulu évaluer et contribuer à résoudre certains des différents verrous technologiques et méthodologiques qui rendent la production d'estimations fiables des marques épigénétiques anciennes particulièrement difficile. Parmi les différentes marques épigénétiques accessibles par l'ADN ancien, nous ne nous sommes concentrés que sur la méthylation de l'ADN présente au niveau des dinucléotides CpG. Les méthodes développées nous ont permis d'aborder la question des modifications épigénétiques qui ont accompagné la domestication du cheval depuis ses origines, il y a environ 5 500 ans, jusqu'à nos jours, période au cours de laquelle plusieurs centaines de races distinctes ont été développées. S'ils ont contribué à améliorer certains aspects de l'inférence épigénétique de données anciennes, nos travaux ont néanmoins révélé des limites à la fois expérimentales et analytiques importantes. Les procédures actuelles permettant l'analyse de données épigénétiques modernes ne se révèlent malheureusement pas toujours compatibles avec l'utilisation de données anciennes. Par ailleurs, ce travail de thèse a donné plusieurs pistes d'améliorations futures concernant notre capacité à manipuler les molécules d'ADN ancien et obtenir des alignements plus fiables sur les génomes de référence.

The emergence of Next Generation Sequencing (NGS) in the early 2000s was one of the milestones in the recent history of research. This technology revolutionised not only the world of molecular biology but also that of science in general, allowing advances in both archaeology and cancerology. Using ultra-high-throughput DNA sequencing technology, researchers have characterised thousands of ancient genomes to date, including some now extinct lines. This major technological breakthrough has also revealed that beyond the genome sequences themselves, it is possible to recover ancient epigenetic marks from DNA traces preserved in archaeological material. This made it possible to consider studying the potential evolution of epigenetic modifications carried by individuals who have gone through significant changes in their living conditions, such as domestication for animals. As part of this PhD, we wanted to assess and help resolve some of the various technological and methodological obstacles that make producing reliable estimates of ancient epigenetic marks particularly difficult. Among the various epigenetic marks accessible by ancient DNA, we have only focused on the methylation of DNA present at the level of CpG dinucleotides. The methods developed have enabled us to tackle the question of the epigenetic modifications that have accompanied the domestication of the horse from its origins, around 5,500 years ago, to the present day, a period during which several hundred distinct breeds have been developed. While helping to improve certain aspects of epigenetic inference from ancient data, our work nonetheless revealed significant experimental and analytical limitations. Current procedures for analysing modern epigenetic data are unfortunately not always compatible with the use of ancient data. In addition, this thesis work has provided several avenues for future improvements concerning our ability to manipulate ancient DNA molecules and obtain more reliable alignments on the reference genomes.