THÈSE - Biologie Cellulaire et Moléculaire
408 pages
Français

THÈSE - Biologie Cellulaire et Moléculaire

Le téléchargement nécessite un accès à la bibliothèque YouScribe
Tout savoir sur nos offres
408 pages
Français
Le téléchargement nécessite un accès à la bibliothèque YouScribe
Tout savoir sur nos offres

Description



THÈSE

Présentée à

L’UNIVERSITÉ BORDEAUX 1

ÉCOLE DOCTORALE : Sciences du Vivant, Géosciences, Sciences de l’Environnement


Par

Emmanuelle EVENO


Pour obtenir le grade de

DOCTEUR

SPÉCIALITÉ : Biologie Cellulaire et Moléculaire


L’adaptation à la sécheresse chez le pin maritime (Pinus pinaster Ait.) :
patrons de diversité et différenciation nucléotidiques de gènes candidats et
variabilité de caractères phénotypiques.


Soutenue le 1er Avril 2008







Devant la commission d’examen formée de :

M. Didier ALARD Professeur, Université Bordeaux 1 Président

M. Frédéric AUSTERLITZ Chargé de Recherche, Université Paris-Sud XI Rapporteur
Mme. Magali SAN CRISTOBAL Chargée de Recherche, INRA Toulouse Rapporteur

M. Rémy PETIT Directeur de Recherche, INRA Bordeaux I Examinateur
Mme. Dominique THIS Maître de Conférence, Université Montpellier II Examinateur

Mme. Pauline GARNIER-GERE Chargée de Recherche, INRA Bordeaux I Co-directeur de thèse ******** RRRReeeemmmmeeeerrrrcccciiiieeeemmmmeeeennnnttttssss ********


Arrivée enfin au bout de cette longue aventure, l’heure est venue
d’exprimer le plus simplement et le plus naturellement mes remerciements à
toutes les personnes ayant contribué à ce que cette thèse soit finalisée.

Mes premières pensées vont d’abord à ma co-directrice de thèse, Pauline
Garnier-Géré. Cela fait maintenant quelques années que tu m’as prise sous ton
aile. Tu as été la ...

Sujets

Informations

Publié par
Nombre de lectures 340
Langue Français
Poids de l'ouvrage 6 Mo

Exrait

THÈSE Présentée à L’UNIVERSITÉ BORDEAUX 1 ÉCOLE DOCTORALE : Sciences du Vivant, Géosciences, Sciences de l’Environnement Par Emmanuelle EVENO Pour obtenir le grade de DOCTEUR SPÉCIALITÉ : Biologie Cellulaire et Moléculaire L’adaptation à la sécheresse chez le pin maritime (Pinus pinaster Ait.) : patrons de diversité et différenciation nucléotidiques de gènes candidats et variabilité de caractères phénotypiques. Soutenue le 1er Avril 2008 Devant la commission d’examen formée de : M. Didier ALARD Professeur, Université Bordeaux 1 Président M. Frédéric AUSTERLITZ Chargé de Recherche, Université Paris-Sud XI Rapporteur Mme. Magali SAN CRISTOBAL Chargée de Recherche, INRA Toulouse Rapporteur M. Rémy PETIT Directeur de Recherche, INRA Bordeaux I Examinateur Mme. Dominique THIS Maître de Conférence, Université Montpellier II Examinateur Mme. Pauline GARNIER-GERE Chargée de Recherche, INRA Bordeaux I Co-directeur de thèse ******** RRRReeeemmmmeeeerrrrcccciiiieeeemmmmeeeennnnttttssss ******** Arrivée enfin au bout de cette longue aventure, l’heure est venue d’exprimer le plus simplement et le plus naturellement mes remerciements à toutes les personnes ayant contribué à ce que cette thèse soit finalisée. Mes premières pensées vont d’abord à ma co-directrice de thèse, Pauline Garnier-Géré. Cela fait maintenant quelques années que tu m’as prise sous ton aile. Tu as été la première à me faire confiance lors de mon DEA et de ma thèse. Je retiendrai les moments d’échange et de cogitation intellectuelle que j’ai pu avoir avec toi. J’ai appris grâce à toi, que le monde de la recherche pouvait être très créatif, et que chaque idée avait sa place. Je suis loin d’avoir intégré toutes les lois de la statistique et de la génétique des populations, mais je sais maintenant qu’il ne faut pas sous-estimer le pouvoir des modèles statistiques et des échantillonnages. Sur le plan plus personnel, ton soutien moral et ton encouragement jusqu’au bout de cette thèse, m’aura permis de finaliser cette expérience. Mes discours sont courts mais tu sais combien je te suis reconnaissante de m’avoir permis de marquer un point final à cette thèse. Je n’aurai pu être là sans mon deuxième co-directeur de thèse, Christophe Plomion. Merci pour m’avoir donné ma chance et m’avoir accueilli au sein de la Team « Maritime Pine » ! Je souhaite également remercier le grand chef Antoine Kremer pour m’avoir permis d’intégrer son laboratoire pendant ces 4 années. Frédéric Austerlitz et Magali San Cristobal ont gentiment accepté d’être les rapporteurs de cette thèse. Merci pour leur lecture et l’intérêt porté à ce manuscrit. Je remercie également les examinateurs, Rémy Petit, Didier Alard et Dominique This. Merci aussi à Fred et Laurent pour leur relecture. Cette thèse ayant fait parti d’un projet européen, les échanges et rencontres ont été nombreux. Je tiens à remercier tout particulièrement Santi pour ses précieux conseils en génétique des populations et sa contribution à l’article, ainsi que Ricardo pour son expertise en génétique quantitative et pour le temps qu’il a su m’accorder malgré un emploi du temps surchargé. Cette thèse est basée sur un large jeu de données phénotypiques qui a pu être constitué grâce au travail de nombreuses personnes : d’abord tous les membres de l’Unité Expérimentale, notamment Fred Bernier, qui ont réalisé entre autre les mesures de hauteur et de biomasse. Je me souviendrai également de toutes les personnes volontaires pour désherber (à la main et à quatre pattes !!!) la parcelle expérimentale sous un soleil de plomb, ainsi que dépiotter, peser, mesurer ces trop nombreux pins maritimes ! Deux long mois de broyage et pesée d’aiguilles auraient également été beaucoup plus monotones sans l’aide précieuse de Nancy. Mimi, tu as aussi grandement contribué à la qualité des résultats phénotypiques de cette thèse. Tu as su rester calme lorsque j’ai envahi ton labo et ton étuve avec mes sacs remplis de pins. Notre prochain projet sera, je l’espère, la conquête du Vignemale avec Guy et Laurent. Pour la partie moléculaire, je remercie Delphine et Pierre pour m’avoir aidé à accumuler et analyser autant de séquences ! Il existe aussi un aparté dans ma vie de thésarde qui consista à organiser un colloque européen en Biologie Evolutive réunissant une centaine de thésards. Je dis un grand merci à tous mes collaborateurs venus des quatre coins de la France, avec qui j’ai partagé des moments inoubliables… J’adresse également des remerciements plus personnels aux collègues mais surtout amis pierrotonnais. Par ordre d’apparition dans ma vie de stagiaire et thésarde, je citerai en premier Josquin Tibbits. Tu es celui qui m’a initié à la pipette et qui surtout a partagé mes repas durant les premiers mois de DEA à la « cantine-chambre-salle des fêtes » de Pierroton. J’ai apprécié les informations bibliographiques que tu as su me fournir même à l’autre bout du monde. Je n’oublierai pas non plus les deux David, au dimorphisme de taille. Hormis cette équipe d’anciens thésards, je ne peux oublier tous les autres dont Agnes et ses « David !!!» du fond du couloir, Patricia et Marta.. Les autres personnes que j’ai croisé tout au long de ma thèse sont nombreuses, et j’ai une pensée pour chacune d’elle: Muriel (nos bavardages plus que nos réels efforts sportifs lors des cours d’escalade), Hakim (sa vision des étoiles), Jeremy (aucun Jauzion à l’horizon !), Christophe, Philou, Erwan, Olivier, Cécile, Manon, Julie, Manuela, Florian, Eric, Tristan, Jérome, Jean Charles, Delphine, Camille…, tous les permanents du labo…, ainsi que tous les thésards mexicains, chiliens, argentins, japonais, portugais… Je retiendrai notamment l’accueil du gars du Nord : Laurent ! Merci pour ton hospitalité et ton grand soutien durant ces derniers temps. Les barbecues et surtout les randonnées resteront parmi mes meilleurs souvenirs. Merci aussi à Jérome et Michela, les inséparables ! Vous aurez été là pour moi dans les moments les plus difficiles. Note personnelle pour Jérome : aurais-je un jour le droit de savoir ce qu’est un petit géranium ???? Enfin, je ne pourrai m’arrêter là sans évoquer mes deux collègues et amis qui ont partagé avec moi la salle archive, ma deuxième maison ! Céline, j’ai le souvenir d’une épopée italienne avec deux têtes de cochon, et ton flegme à tout épreuve. Jorge, je retiendrai les franches rigolades que l’on a pu avoir, notamment au cinéma ! Enfin, je n’aurai pu réaliser cette thèse, sans le soutien indéracinable quoiqu’il arrive de mes parents. Je pense aussi à ma sœur et au petit Paul qui a eu longtemps le privilège d’avoir sa photo dans mon bureau, et a pu vérifier avec ses tout petits yeux bleus que mes alignements de séquences étaient corrects... Mon dernier merci revient à toi Guillaume. Merci de m’avoir supporté dans mes moments de doute, et de m’avoir toujours poussé à avancer. Maintenant, une aventure d’une autre dimension nous attend, et je suis sûre qu’elle sera longue et belle. Moja bulla tlen !!! Moja połowa !!! Table des matières Introduction 1 Chapitre I. Détection de signatures de sélection au niveau moléculaire : méthodes et applications chez les arbres forestiers A. Les différentes formes de sélection naturelle et leurs conséquences sur la diversité et la différenciation génétiques 13 A.1. Différentes formes de sélection naturelle au niveau phénotypique 15 A.2. Différentes formes de sélection naturelle au niveau moléculaire et conséquences sur les diversité et différenciation moléculaires 15 A.2.1. Sélection directionnelle 16 A.2.2. Sélection purifiante 19 A.2.3. Sélection balancée 21 B. Comment détecter de la sélection naturelle au niveau moléculaire ? 22 B.1. Panorama synthétique des tests de neutralité 23 B.2. Les approches pan-génomiques 26 B.2.1. L’approche pan-génomique basée sur la différenciation entre populations 26 B.2.2. Autres approches pan-génomiques basées sur les patrons de diversité nucléotidique et l’étendue de déséquilibre de liaison intra-population 30 B.2.3. Limites des approches pan-génomiques 31 C. Application des tests de neutralité chez les espèces d’arbres forestiers 33 C.1. L’approche gènes-candidats 33 C.1.1 Faible étendue des DL 33 C.1.2. Large taille du génome des conifères 34 C.1.3. Ressources en gènes candidats 34 C.2. Tests d’écarts à la neutralité pour des approches gènes-candidats et pan-génomiques 35 Chapitre II. Matériel végétal, gènes candidats et marqueurs microsatellites A. Populations échantillonnées et données climatiques 41 B. Gènes candidats 44 B.1. Stratégie pour le choix des gènes candidats 44 B.2. Formation de la paroi cellulaire 47 B.3. Lignification 51 B.4. Métabolisme des carbohydrates 52 B.5. Protéines LEA 52 B.6. Un facteur de régulation de l’ABA 54 B.7. Des gènes aux fonctions inconnues, dont l’expression est induite par un stress hydrique 54 B.8. Obtention des séquences de gènes candidats 55 B.8.1. Extraction d’ADN à partir de tissu haploïde 55 B.8.2. Amplification, séquençage des fragments de gènes candidats et détection des polymorphismes 55 C. Choix de marqueurs microsatellites et définition d’une référence « neutre » 56 C.1. Choix des marqueurs microsatellites et génotypage 56 C.2. Estimation de la diversité moléculaire des SSRs et identification de groupes homogènes de populations 56 C.3. Résultats préliminaires sur la diversité moléculaire des SSRs et définition d’une référence neutre 58 Chapitre III. Méthodologie d’étude des patrons de diversité et différenciation nucléotidiques A. Echantillonnage 65 B. Estimation des diversités nucléotidique et haplotypique 66 C. Estimation de l’importance des évènements de recombinaison 68 C.1. Nombre minimum d’évènements de recombinaison 68 C.2. Estimation du taux de recombinaison d’une population 69 D. Estimation des déséquilibres de liaison entre sites 69 E. Estimation de la différenciation génétique entre populations 70 E.1. Approche basée sur les fréquences alléliques 70 E.2. Approche basée sur les distances entre allèles 71 E.2.1. L’approche d‘Excoffier, Smouse et Quattro (1992) 71 E.2.2. L’approche de Slatkin 72 E.3. Estimation des paramètres 72 F. Détection d’ « outliers » basée sur la différenciation génétique 72 F.1. Approche de Beaumont et Nichols implémenté dans « Fdist2 » 73 F.1.1. Principe 73 F.1.2. Robustesse de l’approche à plusieurs modèles démographiques 73 F.2. Extension de l’approche à des marqueurs bi-alléliques (méthode « FstSNP ») 76 F.3. Quelques résultats de simulations avec « Fdist2 » et « FstSNP » 79 F.3.1. Effet du modèle de mutation 81 F.3.2. Effet de la taille d’échantillon 81 F.4. Détection d’ « outliers » par l’approche Bayésienne de Beaumont et Balding (2004) 83 F.4.1. Particularité de l’approche bayésienne 83 F.4.2. Principe de l’approche de Beaumont et Balding (2004) 84 F.4.2.1. Modèle généalogique sous-jacent 84 F.4.2.2. Comptage des allèles et expression du paramètre F 84 ij F.4.2.3. Régression du paramètre F 86 ij F.4.2.4. Choix de la distribution a priori des paramètres αi, β etγ 86 j ij F.4.2.5. Implémentation de la chaîne MCMC 86 F.4.2.6. Interprétation des distributions a posteriori des paramètres du modèle 87 F.4.3. Applications préliminaires de la méthode « BayesFst » 88 F.4.3.1. Déclaration du facteur d’interaction 88 F.4.3.2. Impact du facteur de corrélation 89 F.4.3.3. Regroupement des haplotypes 89 G. Tests de neutralité au sein de la métapopulation atlantique 94 Chapitre IV. Patrons de diversité et différenciation moléculaires : résultats et discussion A. Synthèse des résultats sur l’approche de détection d’ « outliers » 99 B. Résultats sur les patrons de diversité nucléotidique et tests de neutralité au sein de la métapopulation atlantique 104 B.1. Polymorphismes détectés 104 B.2. Variation des patrons de diversités nucléotidique et haplotypique entre gènes 104 B.3. Variation du déséquilibre de liaison entre sites polymorphes intra-gène 105 B.4. Des écarts à la neutralité révélant des profils hétérogènes selon les gènes 112 C. Discussion 116 C.1. Observation d’une faible diversité nucléotidique silencieuse chez le pin maritime ? 116 C.2. Pourtant, une diversité plus élevée a été observée pour d’autres marqueurs… 116 C.3. Facteurs susceptibles d’affecter les niveaux de diversité nucléotidique 120 C.3.1. Le taux de mutation 120 C.3.2. Démographie des populations 121 C.3.3. Effets possibles de la sélection 122 C.4. Quels scénarios évolutifs au sein des populations naturelles de pin maritime ? 123 C.4.1. Signatures de sélection diversifiante entre populations, et directionnelle au sein de la métapopulation atlantique 123 C.4.2. Signatures de sélection homogénéisante sur les 10 populations, et balancée au sein de la métapopulation atlantique ? 130 C.4.3. Conclusion 133 Chapitre V. Variabilité génétique de la composition isotopique en carbone et relations avec hauteur et biomasse dans un test de provenances de pin maritime A. Introduction 137 A.1. Résistance à la sécheresse et relation entre production de biomasse et consommation en eau 137 A.2. Calcul de l’EUE par l’approche isotopique 138 A.3. Utilisation du caractère EUE dans des programmes de sélection 141 int A.4. Question de recherches 141 A.5. Objectifs 143 B. Matériels et méthodes 143 B.1. Description du dispositif expérimental 143 B.2. Modalités de mesure et stratégie d’échantillonnage de la composition isotopique du carbone 145 B.2.1. Modalités de mesure 145 B.2.2. Stratégie d’échantillonnage 147 B.3. Mesures des caractères de hauteur et de biomasse 150 B.4. Analyses statistiques 152 B.4.1. Modèle d’analyse de variance et estimation des composantes de variance 152 B.4.2. Estimation du coefficient de variation phénotypique, de la variance génétique additive, et de l’héritabilité au sens strict 153 B.4.3. Estimation des corrélations génétiques et environnementales entre caractères quantitatifs 153 B.4.4. Etude de la structuration entre populations pour les caractères quantitatifs 156 B.4.5. Analyse intra population 156 C. Problèmes méthodologiques et résultats préliminaires 156 13 C.1. Problème de l’estimation des variances entre familles pour le δ C 156 C.2. Biais engendré par les analyses isotopiques 162 D. Résultats 164 D.1. Une variation phénotypique répartie différemment selon les caractères entre effets génétiques et environnementaux 164 D.2. Comparaison des moyennes phénotypiques entre populations 166 D.2.1. Des populations de l’extrémité de l’aire de distribution divergentes pour l’efficience d’utilisation en eau et la hauteur 166 D.2.2. Des populations espagnoles moins efficientes que les populations françaises mais à biomasse similaire pour une hauteur plus faible 169 D.3. Héritabilités 171 D.3.1. Des caractères à héritabilités globalement élevées toutes populations confondues 171 D.3.2. Des valeurs d’héritabilité dans chaque population principalement liées à l’importance des variances génétiques additives 171 D.3.3. Variation de l’héritabilité entre populations 173 D.4. Corrélations entre caractères 177 D.4.1. Des corrélations génétiques élevées entre caractères de hauteur et biomasse 177 D.4.2. Corrélations génétiques entre efficience d’utilisation en eau et hauteur ou biomasse 177 D.4.3. Des corrélations résiduelles positives et élevées entre caractères de hauteur 13 et biomasse mais plus faibles et variables avec le δ C 183 D.5. Résultats sur la différenciation entre populations 185 D.5.1. Une différenciation entre populations représentative des grands groupes géographiques 185 D.5.2. Maintien d’une différenciation élevée entre populations espagnoles 186 E. Discussion 186 E.1. Différents mécanismes de résistance à la sécheresse entre provenances de milieux humides et de milieux chauds ou secs 187 E.1.1. Stratégie basée sur le contrôle stomatal 187 E.1.2. Stratégie basée sur le développement racinaire 189 E.1.3. Performances des populations locales versus non-locales 190 E.2. Le cas particulier des populations espagnoles 190 E.3. Différentes intensités de corrélation génétique et physiologique entre populations 191 E.4. Conservation d’un potentiel adaptatif (variabilité génétique) plus élevé au sein de quelques populations (tel qu’il a été exprimé dans le milieu de test) 192 E.5. Conclusion et perspectives 194 Chapitre VI. Recherche d’associations entre diversité de gènes candidats et variabilité génétique de caractères liés à la résistance au stress hydrique A. Introduction 197 B. Matériels et méthodes 199 B.1. Choix des marqueurs SNPs 199 B.2. Méthodes et modèles d’analyses de la variation 200 B.2.1 Corrélations entre fréquences alléliques et moyennes phénotypiques 200 B.2.2. Modèles d’analyse de la variation 200 C. Résultats 206
  • Accueil Accueil
  • Univers Univers
  • Ebooks Ebooks
  • Livres audio Livres audio
  • Presse Presse
  • BD BD
  • Documents Documents