Comprendre la paleo-évolution des plantes à fleurs pour les enjeux de l'Agriculture moderne

Understanding the paleo-evolution of flowering plants for the challenges of modern agriculture

• Auteur / Autrice : Clea Siguret
• Direction : Jérôme Salse
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Bioinformatique
• Date : Soutenance le 18/09/2023
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de la Vie, Santé, Agronomie, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génétique, Diversité et Ecophysiologie des Céréales
• Jury : Président / Présidente : Olivier Panaud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mathilde Causse, Véronique Decroocq
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Panaud, Dominique This, Romain Guyot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génomique comparative

Évolution

Angiospermes

Mots clés libres

Evolution

Polyploïdie

Conservation

Angiospermes

Recherche translationnelle

Evolution

Polyploidy

Conservation

Angiosperms

Translational research

Résumé

Les plantes à fleurs, également connues sous le nom d'Angiospermes, ont évolué il y a plus de 300 millions d'années, se diversifiant et colonisant la plupart des habitats terrestres pour devenir les plantes prédominantes de notre écosystème actuel. La disponibilité de nombreuses bases de données publiques donnant accès à des génomes d'Angiospermes offre l'opportunité d'étudier les gènes et les fonctions biologiques qui ont façonné l'évolution de ces plantes jusqu'à nos jours. Dans ce contexte, l'objectif de ce projet de recherche est de comprendre les mécanismes sous-jacents à l'évolution des génomes de plantes à fleurs, notamment la polyploïdie (le doublement du contenu génomique) et ceci à différentes échelles : des chromosomes, des gènes et des séquences.Une analyse de génomique comparée portant sur 84 espèces offre un aperçu approfondi de l'évolution des plantes à fleurs modernes. En effet, cette approche a permis non seulement de révéler (1) la datation de l'émergence des principales familles botaniques et celle à l'origine des Angiospermes, mais également d'estimer la date des évènements de polyploïdisation qui ont jalonné l'évolution de ces espèces. Dans ce cadre évolutif, ont été mis en évidence (2) la nature et les fonctions biologiques des gènes à la base des plantes à fleurs et à la base des grandes familles botaniques, (3) les gènes conservés et leur évolution en termes de séquences nucléotides et d'acides aminés, (4) l'impact de la polyploïdie sur l'évolution des gènes et (5) les fonctions biologiques différenciant des traits d'histoire de vie acquis au cours de l'évolution. Notre analyse de génomique comparée nous a enfin permis (6) d'exploiter pour l'ensemble des espèces travaillées les gènes associés à des caractères d'intérêt agronomique clés connus chez quelques espèces : on parle de recherche translationnelle.D'un point de vue de la recherche cognitive, ces travaux de thèse, basés sur une génomique comparée impliquant 84 espèces d'Angiospermes, ont enrichi notre compréhension de l'évolution des génomes de plantes et les événements qui ont conduit à la diversité des plantes à fleurs contemporaines. D'un point de vue de la recherche finalisée, l'analyse de la conservation des gènes d'intérêt agronomique entre les espèces modèles et/ou pivots et les espèces d'intérêt agronomique offre une opportunité d'exploiter les connaissances acquises sur la fonction d'un gène chez une espèce pour l'ensemble des espèces où la conservation d'un tel gène est démontrée. Les résultats présentés dans ces travaux de thèse ouvrent de nouvelles perspectives tant pour la recherche fondamentale, en termes de compréhension de l'évolution des espèces, que pour la recherche appliquée, en vue de l'amélioration variétale des espèces d'intérêt agronomique à partir des connaissances disponibles chez les espèces modèles.

Flowering plants, also known as Angiosperms, evolved over 300 million years ago, diversifying and colonizing most terrestrial habitats to become the predominant plants in our current ecosystem. The access to numerous public databases providing Angiosperm genomes offers an opportunity to study the genes and their associated biological functions that have shaped the evolution of these plants to the present day. In this context, the objective of this research project is to understand the mechanisms underlying the evolution of flowering plant genomes, in particular polyploidy (Whole Genome Duplication - WGD) and this at different scales: chromosomes, genes and sequences.A comparative genomic analysis of 84 species offers in-depth insights into the evolution of modern flowering plants. Indeed, this approach made it possible not only to reveal (1) the dating of the emergence of the main botanical families and that at the origin of the Angiosperms, but also to estimate the date of the polyploidization events which marked the evolution of these species. In this evolutionary context, (2) the nature and biological functions of the genes at the base of flowering plants and at the base of the major botanical families have been highlighted, (3) the conserved genes and their evolution in terms of sequences nucleotides and amino acids, (4) the impact of polyploidy on gene evolution and (5) the biological functions differentiating life history traits acquired during evolution. Our comparative genomic analysis has finally enabled us (6) to exploit, for all the species studied, the genes associated to key traits of agronomic interest known in a few species: this is the concept of translational research.From a fundamental research point of view, this thesis work, based on a comparative genomics investigation of 84 species of Angiosperms, has enriched our understanding of the evolution of plant genomes and the events that shaped the diversity of contemporary flowering plants. From an applied research point of view, the analysis of the genes of agronomic interest conserved between the model and/or pivot species and crop species offers an opportunity to exploit the knowledge acquired on the function of a gene in a species for all the species where the conservation of such a gene is demonstrated. The results presented in this thesis work open new perspectives both for fundamental research, in terms of understanding the evolution of species, and for applied research, to gain better insights in crops' improvement from knowledge gained in model species.