De nombreuses études sur différentes espèces ont montré un effet des variations cytoplasmiques (génomes mitochondrial, mt et chloroplastique, pt) dans les réponses adaptatives des plantes à leur milieu. Par ailleurs, la co-évolution des compartiments génétiques a conduit à une co-adaptation nucléo-cytoplasmique dont la rupture peut avoir des conséquences majeures sur le phénotype des plantes. Toutefois, les bases génétiques, moléculaires, et physiologiques de l’implication des génomes mt et pt dans ces adaptations sont très peu étudiées.

   Ce projet aborde ces deux phénomènes étroitement liés (adaptation au milieu, co-adaptation des génomes), chez l’espèce modèle Arabidopsis thaliana. Nous avons récemment décrit la diversité cytoplasmique au sein d’une collection d’accessions d’origines géographiques variées, et montré qu’il existe une co-adaptation nucléo-cytoplasmique au sein de la diversité naturelle chez cette espèce [1].  Par ailleurs, des variations génétiques corrélées à l’adaptation au climat ont récemment été décrites chez A. thaliana, certaines d’entre elles étant impliquées dans des processus biologiques où interviennent le chloroplaste et la mitochondrie (photosynthèse, métabolisme énergétique) [2]. Enfin, des caractères potentiellement adaptatifs comme l’efficacité d’utilisation de l’eau (WUE), la dormance et la vigueur germinative, sont modifiés par des variations cytoplasmiques chez cette espèce [3].

   Dans ce projet, nous exploitons une ressource génétique inédite : une collection de 56 cytolignées (lignées possédant le génome nucléaire d’une accession et les génomes cytoplasmiques d’une autre) produites à partir des 8 accessions de la plus petite core-collection [4] du Centre de Ressources Arabidopsis thaliana pour la Génomique de Versailles.

   Les tâches majeures du projet Cytopheno consisteront à :

• Réaliser une caractérisation des cytolignées et de leurs accessions parentales pour des traits phénotypiques variés et à des niveaux d’intégration différents, du phénotype moléculaire et physiologique à la réponse à différentes conditions de stress. Les données collectées mettront en évidence les caractères pour lesquels on peut mesurer un effet des variations cytoplasmiques présentes au sein de la core-collection et dans quel(s) contexte(s) nucléaire(s) cet effet peut être constaté. Leur analyse statistique permettra également de mettre en évidence des corrélations entre caractères phénotypiques à différents niveaux d’intégration.

• Etudier une combinaison particulière pour laquelle une rupture de coadaptation entre compartiments génétiques a été observée. Les gènes nucléaires impliqués seront identifiés par cartographie génétique et des candidats pour leur(s) partenaire(s) cytoplasmique(s) seront recherchés. Nous testerons si des ruptures de coadaptation impliquant d’autres accessions avec des effets phénotypiques similaires impliquent les mêmes interactions génétiques.

A l’issue du projet, les cytolignées seront mises à la disposition de la communauté scientifique par le Centre de Ressources de Versailles.

F. Budar, coordinatrice.

[1] Moison et al, 2010, Plant J 63:728-38

[2] Hancock et al, 2011, Science 34:83-86 ; Fournier-Level et al, 2011, Science 34:86-89

[3] McKay et al, 2008, Evolution 62:3014-26 ; Corey et al, 1976, Genetics 82:677-83 ; nos résultats non publiés

[4] McKhann et al, 2004, Plant J 38:193-202