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PRADA : Processus de l’Adaptation

par Julien Cote - publié le , mis à jour le

Responsable : Philipp Heeb

Animateurs : Julien Cote & Joël White


L’équipe PRADA se focalise sur le principal mécanisme d’évolution, à savoir la sélection naturelle. Le projet PRADA est organisé autour des trois piliers de ce processus dont la découverte par Darwin et Wallace a marqué le véritable début de l’étude de l’évolution :

  1. les variations des traits d’histoire de vie en tant que composantes de la fitness
  2. les pressions de sélection par le biais des effets environnementaux et des interactions durables
  3. l’importance de l’hérédité non génétique qui conduit actuellement à une révision profonde de l’approche évolutive dans de nombreux domaines.

Nos recherches s’organisent autour de trois thèmes :
 

1. Variation et contraintes des traits d’histoire de vie
Le premier thème concerne la théorie des histoires de vie, ou l’histoire de vie qui peut être définie comme une configuration individuelle d’allocation, au cours de la vie, de temps et d’énergie à différentes activités fondamentales telles que la croissance, la réparation des tissus et leur entretien, ainsi que la reproduction. L’un de nos objectifs est d’étudier les stratégies d’allocation de ressources (temps et énergie) à différentes fonctions via la caractérisation des situations dans lesquelles les parents devraient privilégier l’allocation d’énergie vers tel ou tel sexe, les proies l’allocation de temps à la vigilance ou l’alimentation, deux activités potentiellement exclusives, ou les nouveaux nés l’allocation de temps et d’énergie à la dispersion ou à la croissance. Dans le cadre de l’allocation au sexe, il s’agit en particulier de préciser les cadres théoriques au sein desquels des pressions de sélection prédites par des modèles en apparence proches sont attendues. Le volet consacré au compromis entre la vigilance et l’alimentation de la proie s’intéresse à caractériser les composantes de la vigilance selon leur nature (anti-prédateur ou sociale) et selon leur degré d’exclusion avec d’autres activités nécessitant également l’allocation de la ressource "temps". Les stratégies de dispersion sont quant à elles étudiées en intégrant le réseau de facteurs externes et internes qui conduisent au départ ou à la résidence des individus. L’un des enjeux actuels majeurs est d’étudier les stratégies d’allocation à l’échelle individuelle. Cela implique de quantifier les variations des paramètres démographiques entre individus, et les co-variations de ces paramètres à ce niveau individuel, y compris pour des paramètres dont l’estimation se base sur un seul événement durant la vie d’un individu (le recrutement, la mort). Un des objectifs est donc d’utiliser les développements récents des outils statistiques qui permettent de réaliser une approche de modélisation démographique pour étudier les compromis évolutifs, de tester des hypothèses sur le rôle de ces contraintes dans l’évolution du calendrier de reproduction d’un individu, dans l’évolution de la sénescence et de la reproduction différée chez les organismes ayant la plus grande longévité. En outre, le pan des recherches sur l’évolution des histoires de vie est intrinsèquement lié aux développements récents des variations phénotypiques entre individus. En effet, les stratégies d’allocation vont être la conséquence de l’architecture des traits physiologiques, morphologiques et comportementaux des individus. L’étude des compromis démographiques bénéficierait profondément des critères observables permettant de classer les individus selon leur propension à exprimer un comportement ou à développer une réaction physiologique donnée qui pourraient être associés à des variations de traits démographiques (par exemple une plus forte probabilité de reproduction) tels que la probabilité de reproduction, de dispersion ou de survie. En association avec l’arsenal d’outils de modélisation à l’échelle des individus apportés par les démographes, ces approches intégratives permettraient une meilleure compréhension des stratégies démographiques. L’intégration de ces deux approches complémentaires est également l’un de nos objectifs majeurs.

Personne impliquées : P. Blanchard ; E. Cam ; J. Cote ; C. Ducamp ; J-L. Hemptinne ; A. Magro ; B. Pujol.

2. Pressions de sélection
Ce thème s’intéresse aux différentes pressions de sélections impliquées dans les processus évolutifs, et en particulier celles déterminées par des interactions durables entre un organisme (micro-organismes ou invertébrés) et son hôte (oiseaux, poissons, insectes). En effet, dans ce type de système, les hôtes constituent une part essentielle de l’environnement du symbionte ou du parasite. Ainsi, leurs traits phénotypiques déterminent les pressions de sélection qui agissent sur les parasites et en affectent l’évolution. Dans ce contexte, notre équipe s’intéresse de près au choix d’hôte et à la spéciation chez certains systèmes hôtes-parasites. L’environnement constitué par l’hôte est en lui-même complexe. Il peut varier dans le temps, et tous les individus d’une même espèce hôte ne se défendent pas de la même manière contre leurs parasites. Cette variété d’environnement constitue elle aussi une pression de sélection. Par exemple, chez Xenorhabdus, pathogène bactérien des insectes étudiés par notre équipe, elle a probablement déterminé l’évolution de systèmes génétiques ou épigénétiques permettant de produire de la variation phénotypique au sein d’une infection. Les mécanismes moléculaires permettant ces changements, qui sont réversibles et se produisent à une fréquence 100 à 1000 fois supérieure au taux de mutation, restent à ce jour inconnus. La fonction écologique de ces changements est elle aussi mal comprise. Nous travaillons sur ce dernier point et nous avons montré que les variants primaires, qui se multiplient plus vite et sont plus virulents que les secondaires, atteignent des charges bactériennes plus faibles que les secondaires dans leur hôte. Ce compromis pourrait expliquer la sélection de ce système de variation. Pour démontrer cette hypothèse, nous projetons d’étudier en quoi ce système de variation affecte la transmission de la bactérie par un nématode qui agit en tant que vecteur. Nous collaborons en outre avec une équipe de l’INRA de Montpellier pour déterminer les mécanismes permettant ces changements, ainsi que les gènes impliqués.
Enfin, un hôte n’est pas généralement pas associé qu’à une seule espèce de parasite ou symbionte, mais à une multitude d’organismes hébergée à la surface ou l’intérieur de cet hôte. Ainsi l’hôte constitue un environnement qui induit des pressions de sélection pour de nombreuses espèces, structurant ainsi des communautés entières. C’est le cas du microbiote, communauté bactérienne fortement associée à l’hôte, auquel s’intéressent plusieurs membres de l’équipe. Dans cette perspective, une des thématiques de recherche de l’équipe consiste à étudier dans quelles mesures les changements environnementaux induits par l’homme, tels que les changements climatiques ou l’urbanisation, peuvent constituer des pressions de sélection sur les espèces composant le microbiote intestinal et leurs interactions, soit par des mécanismes directs ou soit en entrainant des modifications de divers traits phénotypiques de l’hôte. Ces questions sont abordées en étudiant le microbiote intestinal de différents hôtes vertébrés (Moineau domestique, Mésange charbonnière, Lézard vivipare) en utilisant des approches à large échelle géographique et des approches expérimentales (notamment dans le Métatron à Moulis). Au-delà des pressions de sélection sur les bactéries intestinales, étant donné le rôle essentiel du microbiote intestinal pour l’hôte, l’équipe PRADA s’intéresse particulièrement à l’effet de la triple interaction hôte-microbiote-environnement sur la valeur sélective des hôtes et de leurs dynamiques de populations dans le contexte des changements globaux.

Personne impliquées : J. Cote ; J-B. Ferdy ; P. Heeb ; S. Ponsard ; B. Pujol ; J. White.

3. Transmission de caractères.
Enfin, PRADA aborde le dernier pilier du processus de sélection naturelle qui est la transmission des caractères sous sélection entre générations. Depuis l’avènement de l’hérédité mendélienne et d’hérédité des caractères quantitatifs l’étude de la transmission des caractères n’avait pas connu de révolution aussi profonde que durant cette dernière décennie. Il est clair que celle-ci ne résulte pas de la seule transmission de l’information encodée dans la séquence de l’ADN. Le domaine de l’hérédité non génétique est en plein essor et devrait profondément changer notre vision du vivant dans les années à venir. L’équipe PRADA, qui est déjà engagée dans la rupture scientifique et l’innovation générée par l’étude de l’hérédité non génétique, participe à entériner son existence et à analyser son rôle dans l’évolution. Aujourd’hui, nous parlons d’héritabilité inclusive pour unifier des diverses pratiques scientifiques ayant pour objectif d’évaluer le potentiel évolutif des populations autour des composantes génétiques ET non génétiques de l’hérédité. Cependant, le nombre d’études qui ont décomposé simultanément la variation phénotypique transmise génétiquement et non génétiquement se compte sur les doigts d’une main, et les évaluations de l’héritabilité des traits d’histoire de vie en populations naturelles et en mésocosmes restent rares. Nous nous attaquons à ces verrous afin de participer significativement à améliorer l’évaluation de l’impact de l’hérédité génétique et non génétique sur la diversité phénotypique des organismes et populations par la sélection. Nous abordons plusieurs facettes de l’héritabilité inclusive, comme les effets maternels et la transmission de la niche écologique dans les plantes en populations naturelles (projet CAPS), l’effet de l’âge et du sexe sur l’héritabilité des caractères sous sélection chez les plantes (projet SEX LINK, collaboration avec les Universités de Lausanne et d’Oxford), l’hérédité culturelle (projet Social-heredity) et l’hérédité des marques épigénétiques (projet EpiGene-H). Nous développons de nouveaux modèles biologiques préexistant au laboratoire. Nous participons activement au réseau national thématique Epigenetics in Ecology and Evolution (RTP-3E) qui met d’ailleurs actuellement en place une école thématique sur ces sujets. Nous portons aussi le GDR Génétique Quantitative dans les Populations Naturelles (GDR 3448 CNRS InEE) qui organise des ateliers de travail sur toutes les facettes de l’hérédité des caractères quantitatifs. Les membres de PRADA forment un consortium international avec les scientifiques portants également cette thématique à l’international (Alex Mesoudi, Eva Jablonka, Kevin Laland, John Odling Smee, Russell Bonduriansky, etc.) afin de progresser en bonne intelligence et d’organiser des symposia "non genetic inheritance" dans les conférences internationales (ESEB par ex). "

Personnes impliquées : E. Danchin ; J-L. Hemptinne ; B. Pujol.

Membres :

Blanchard Pierrick
Cam Emmanuelle
Cote Julien
Danchin Etienne
Ducamp Christine
Ferdy Jean-Baptiste
Heeb Philipp
Hemptinne Jean-Louis
Leclaire Sara
Magro Alexandra
Ponsard Sergine
Pujol Benoît
White Joël

Espinasse Gilles
Garrigues Jean-François
Marin Sara
Parthuisot Nathalie
Ramon-Portugal Felipe
Susset Eline


Bontemps Aurore
Duneau David
Noebel Sabine
Sentis Arnaud

Acker Paul
Cambon Marine
Pellerin Félix
Xiaobo Wang
Ailmeric Teyssier

(MCF, UPS)
(PR2-HDR, UPS)
(CR1, CNRS)
(DR1-HDR, CNRS)
(MCF, ENFA)
(PR2-HDR, UPS)
(DR2-HDR, CNRS)
(Pr1-HDR, ENFA)
(CR1, CNRS)
(MCF-HDR, ENFA)
(PR2-HDR, UPS)
(CR1, CNRS)
(MCF, ENFA)

(TFR, ENFA, [50 %])
(TFR, ENFA, [50 %])
(IE, CDD UPS)
(IE, CDD UPS)
(IR, CDD ENFA)
(IE, CDD ENFA, doctorante)

 
(post doc)
(post doc)
(post doc)
(post doc)

(doctorant)
(doctorante)
(doctorant)
(doctorante)
(doctorant)

Anciens membres :

Jacob Staffan
Dagaeff Anne-Cécile
Merkling Thomas
Bestion Elvire

(doctorant)
(doctorante)
(doctorant)
(doctorante)