Etude du paysage transpositionel et la mobilité récente des éléments transposables chez le Hêtre à l'aide du séquençage en lectures longues du mobilome et du génome et avec le développement d'outils computationnels

Exploring the transpositional landscape and recent transposable element activity in beech trees using long read mobilome and genome sequencing and with new computational tools

• Auteur / Autrice : Abirami Soundiramourtty
• Direction : Olivier Panaud
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Inscription en doctorat le 01/11/2021; Soutenance le 06/12/2024
• Etablissement(s) : Perpignan
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Génome et Développement des Plantes

Mots clés

Mots clés libres

Génomique des plantes

Séquençage lectures courtes et longues

Bioinformatique

Elements transposables

Variants Structuraux

ADN extrachromosomique circulaire

Plant genomics

Short read and long read sequencing

Bioinformatics

Transposable Elements

Structural Variants

Extrachromosomal circular DNA (eccDNA)

Résumé

L'étude de l'adaptation rapide des organismes à un environnement changeant est un sujet majeur dans le domaine de la biologie, en particulier dans le contexte du réchauffement climatique. En s'appuyant sur l'œuvre fondatrice de Darwin, ''De l'origine des espèces'', qui s'étend sur plus de 150 ans, nous avons acquis une compréhension de l'influence de la sélection naturelle sur les variations naturelles préexistantes. Au niveau moléculaire, ces variations se manifestent principalement sous la forme de polymorphismes d'un seul nucléotide (SNP), d'insertions et de délétions de petite taille (indels), d'insertions et de délétions de grande taille résultant de l'activité des éléments transposables (TE) et de variations du nombre de copies (CNV) des gènes. Cependant, les contributions des TE, par rapport aux SNP, ont été relativement peu explorées en ce qui concerne leur rôle dans l'adaptation et la variation phénotypique, en particulier chez les espèces non modèles. Dans ce cadre conceptuel, notre groupe de recherche vise spécifiquement à étudier le rôle des variations structurales du génome dans la facilitation de l'adaptation rapide et de la variation phénotypique chez les plantes. Les travaux antérieurs de notre groupe ont démontré la capacité exceptionnelle des TEs à générer du polymorphisme génomique au sein des espèces végétales (Carpentier et al., 2019) et l'importance la portée de ces variations dans les études d'association à l'échelle du génome, également appelées TE-GWAS (voir Akakpo et al., 2020). De plus, nous avons développé des outils analytiques permettant d'analyser les formes extrachromosomiques de l'ADN qui participent activement à la dynamique des génomes végétaux (Lanciano et al., 2017; Lanciano et al., 2018). Ce projet de thèse vise à étudier les variations structurales (SVs) dans les contextes populationnel et somatique des hêtres. Dans un premier temps, nous nous efforçons de développer une approche novatrice qui utilise les méthodologies de TE-GWAS pour évaluer l'implication des SV dans l'adaptation des plantes, en utilisant une population naturelle de hêtres. De plus, nous prévoyons d'examiner les SVs somatiques chez les arbres individuels, ce qui permettra potentiellement de comprendre leur lien avec la variation phénotypique. Enfin, notre objectif est d'utiliser l'ADN circulaire extrachromosomique (eccDNA) comme marqueur pour caractériser le paysage des éléments transposables actifs chez les hêtres.

The investigation of rapid organismal adaptation to a changing environment is a prominent focus within the biological field, particularly in the context of global warming. Expanding upon Darwin's seminal work, ''On the Origin of Species,'' which has spanned over 150 years, we have gained comprehension regarding the influence of natural selection on pre-existing natural variations. At the molecular level, these variations predominantly manifest as single nucleotide polymorphisms (SNPs), small insertions and deletions (indels), large insertions and deletions resulting from the activity of transposable elements (TEs), and copy number variations (CNVs) within genes. Nonetheless, the contributions of TEs, relative to SNPs, have received limited exploration regarding their involvement in adaptation and phenotypic variation, particularly in non-model species. Within this conceptual framework, our research group specifically aims to investigate the role of genomic structural variations in facilitating rapid adaptation and phenotypic variation in plants. Previous findings from our group have demonstrated the extensive polymorphism exhibited by TEs within plant species (Carpentier et al., 2019), and the utility of this genetic information in performing genome-wide association studies, referred to as TE-GWAS (Akakpo et al., 2020). Moreover, we have developed analytical tools for examining the extrachromosomal forms of DNA that actively participate in the dynamics of plant genomes (Lanciano et al., 2017; Lanciano et al., 2018). This thesis project is focused on investigating structural variations (SVs) in both the population and somatic contexts within Beech trees. Initially, we endeavor to develop an innovative approach that employs TE-GWAS methodologies to evaluate the involvement of SVs in plant adaptation, utilizing a natural population of Beech trees. Furthermore, we plan to scrutinize somatic SVs within individual trees, potentially unraveling their connection to phenotypic variation. Lastly, our aim is to leverage the use of extrachromosomal circular DNA (eccDNA) as a marker for characterizing the landscape of active transposable elements in Beech trees.