Variation du génotype au phénotype à l'échelle continentale

Genotype to Phenotype variation at continental scale

• Auteur / Autrice : Alberto Geroldi
• Direction : Gianni Liti
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Interactions Moléculaires et Cellulaires
• Date : Inscription en doctorat le 03/12/2024
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : INSTITUT DE RECHERCHE SUR LE CANCER ET LE VIEILLISSEMENT, NICE
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Population genomics and complex traits

Mots clés

Mots clés libres

Génétique

Biologie cellulaire

Bioinformatique

Genetics

Cell Biology

Bioinformatics

Résumé

Les levures sont des organismes unicellulaires appartenant au règne des champignons, largement exploitées par les humains dans la production d'aliments et de boissons, ainsi que comme usines cellulaires pour l'optimisation de carburants alternatifs et de bioproduits. Grâce à sa maniabilité génétique, Saccharomyces cerevisiae est l'un des modèles les plus précieux pour la génomique, la biologie cellulaire et la biochimie, permettant également l'observation d'une adaptation expérimentale rapide. L'histoire évolutive de S. cerevisiae a été principalement attribuée aux activités humaines, tandis que celle de son espèce sœur, S. paradoxus, est considérée comme entièrement non domestiquée (Liti et al., 2009), ce qui en fait une alternative précieuse pour les études de génomique des populations. En effet, dès le premier projet de re-séquençage du génome de Saccharomyces (SGRP) en 2009, les chercheurs ont commencé à comparer génétiquement et phénotypiquement différentes populations de S. paradoxus et S. cerevisiae, collectant au fil du temps des centaines de génomes utilisés pour répondre à diverses questions biologiques concernant leur structure de population, leur origine géographique, leurs niveaux d'introgression ou l'occurrence d'hybridations naturelles (i.e., Peter & De Chiara et al., 2018; De Chiara & Barre' et al., 2022). Aujourd'hui, grâce à un effort massif de collaboration pour l'échantillonnage et le séquençage, notre équipe construit la cinquième version du SGRP, avec pour objectif de réviser et d'élargir notre compréhension de la trajectoire évolutive du genre sensu stricto. Cette nouvelle collection fournira des données génomiques sur des milliers d'isolats de levures provenant de toute l'Europe et au-delà, incluant à la fois des souches sauvages et domestiquées, constituant ainsi la ressource de génomique des populations la plus complète à ce jour. Nous proposons d'utiliser une combinaison d'approches expérimentales et de pipelines bioinformatiques pour décrire la relation étroite entre les levures et leur environnement hôte. Tout d'abord, nous phénotyperons cette nouvelle collection pour différents traits, dont les résultats expérimentaux mèneront ensuite à une nouvelle étude d'association pangénomique (GWAS) menée sur plusieurs lignées et espèces, englobant le génome de plus de 2000 individus. Plus précisément, le nombre de génomes différents de S. cerevisiae et S. paradoxus collectés à travers tout le continent sera suffisamment élevé pour démêler et comparer leur architecture génétique complexe à la même échelle ultra-profonde. Ensuite, l'étude de l'évolution des gènes codant pour des phénotypes pertinents permettra d'identifier de nouveaux régulateurs de l'expansion de la durée de vie chronologique, de la croissance dans divers régimes de ressources, ainsi que de l'efficacité et de la dynamique de sporulation (Barre' et al., 2020; De Chiara & Barre' et al., 2022). Enfin, nous visons à comprendre comment le cycle de vie diffère entre les clades sauvages et domestiqués, et comment il est façonné par différents facteurs écologiques et environnementaux. En s'appuyant sur un nouvel outil moléculaire actuellement développé dans notre équipe, le candidat pourra, pour la première fois, mesurer expérimentalement le taux des différentes stratégies d'accouplement des levures dans des conditions variables, en intégrant ce système dans le génome de plusieurs arrière-plans de souches. Globalement, les résultats de cette proposition permettront de révéler les déterminants caractérisant la diversité génétique entre et au sein des espèces sauvages et domestiquées de Saccharomyces, nous permettant de déchiffrer comment les différentes pressions sélectives ont façonné l'évolution du genre, confirmant ainsi les levures comme un système modèle à la pointe de la recherche écologique et évolutive.

Yeasts are single-cell organisms belonging to the fungi kingdom, which have been extensively exploited by humans in the production of food and beverages, as well as cell factories for the optimization of alternative fuels and bioproducts. Thanks to its genetic tractability, Saccharomyces cerevisiae is one of the most valuable models for genomics, cell biology, and biochemistry, also enabling the observation of rapid experimental adaptation. The evolutionary history of S. cerevisiae has been mostly ascribed to human activities, whereas those of its sister species, S. paradoxus, have been claimed to be entirely non-domesticated (Liti et al., 2009), thus making it a valuable alternative candidate for population genomics studies. Indeed, starting with the first Saccharomyces Genome Resequencing Project (SGRP) in 2009, researchers began to genetically and phenotypically compare different populations of S. paradoxus and S. cerevisiae, collecting over time hundreds of genomes which were subsequently used to address several biological questions related to their population structure, geographic origin, introgression levels, or natural outcrossing occurrence (i.e., Peter & De Chiara et al., 2018; De Chiara & Barre' et al., 2022). Nowadays, thanks to a massive collaborative sampling and sequencing effort, our team is building the fifth version of the SGRP, with the goal of revising and expanding our understanding of the evolutionary trajectory of the sensu stricto genus. This new collection will provide genomic data from thousands of yeast isolates from all over Europe and beyond, for both wild and domesticated strains, thus constituting the most comprehensive population genomics resource to date. We propose to use a combination of experimental approaches and bioinformatics pipelines to describe the intertwined relationship between yeasts and their hosting environment. First, we will phenotype this new collection for different traits, whose experimental results will secondly lead to a new GWAS study conducted on multiple lineages and species, encompassing the genome of more than 2000 individuals. Specifically, the number of different S. cerevisiae and S. paradoxus genomes collected across the whole continent will be high enough to disentangle and compare their complex genetic architecture at the same (ultra-deep) scale level. Third, investigating the evolution of genes coding for relevant phenotypes will allow the identification of new regulators of chronological lifespan expansion, growth in various resource regimes, and sporulation efficiency and dynamic (Barre' et al., 2020; De Chiara & Barre' et al., 2022). Finally, we aim to understand how the life cycle differs between wild and domesticated clades, and how this is shaped by different ecological and environmental factors. Leveraging a new molecular tool currently being developed in our team, the candidate will be able to experimentally measure, for the first time, the rate of the different yeast mating strategies under variable settings, by plugging this system into the genome of multiple strains backgrounds. Overall, the outcome of this proposal will unravel which are the determinants characterizing the genetic diversity among and within wild and domesticated Saccharomyces species enabling us to decipher how the different selective pressures have shaped the evolution of the genus, thus confirming yeast as a model system at the forefront of ecological and evolutionary research.