Structural and Content Diversity of Mitochondrial Genome in Beet: A Comparative Genomic Analysis

Despite their monophyletic origin, mitochondrial (mt) genomes of plants and animals have developed contrasted evolutionary paths over time. Animal mt genomes are generally small, compact, and exhibit high mutation rates, whereas plant mt genomes exhibit low mutation rates, little compactness, larger sizes, and highly rearranged structures. We present the (nearly) whole sequences of five new mt genomes in the Beta genus: four from Beta vulgaris and one from B. macrocarpa, a sister species belonging to the same Beta section. We pooled our results with two previously sequenced genomes of B. vulgaris and studied genome diversity at the species level with an emphasis on cytoplasmic male-sterilizing (CMS) genomes. We showed that, contrary to what was previously assumed, all three CMS genomes belong to a single sterile lineage. In addition, the CMSs seem to have undergone an acceleration of the rates of substitution and rearrangement. This study suggests that male sterility emergence might have been favored by faster rates of evolution, unless CMS itself caused faster evolution

Adaptive Value of Phenological Traits in Stressful Environments: Predictions Based on Seed Production and Laboratory Natural Selection

Phenological traits often show variation within and among natural populations of annual plants. Nevertheless, the adaptive value of post-anthesis traits is seldom tested. In this study, we estimated the adaptive values of pre- and post-anthesis traits in two stressful environments (water stress and interspecific competition), using the selfing annual species Arabidopsis thaliana. By estimating seed production and by performing laboratory natural selection (LNS), we assessed the strength and nature (directional, disruptive and stabilizing) of selection acting on phenological traits in A. thaliana under the two tested stress conditions, each with four intensities. Both the type of stress and its intensity affected the strength and nature of selection, as did genetic constraints among phenological traits. Under water stress, both experimental approaches demonstrated directional selection for a shorter life cycle, although bolting time imposes a genetic constraint on the length of the interval between bolting and anthesis. Under interspecific competition, results from the two experimental approaches showed discrepancies. Estimation of seed production predicted directional selection toward early pre-anthesis traits and long post-anthesis periods. In contrast, the LNS approach suggested neutrality for all phenological traits. This study opens questions on adaptation in complex natural environment where many selective pressures act simultaneously

Étude de la variation naturelle de traits phénologiques chez Arabidopsis thaliana par une approche de génomique écologique

L étude de la l adaptation de traits complexes passe par deux approches complémentaires. La première approche vise à décrire les architectures et les bases génétiques de variation naturelle adaptative. La seconde approche, vise à décrire les échelles géographiques de la variation phénotypique et les facteurs écologiques agissant comme pressions de sélection sur le trait étudié. Ces deux approches sont utilisées pour étudier la variation naturelle de traits phénologiques chez Arabidopsis thaliana.Les architectures et les bases génétiques de la variation naturelle de traits phénologiques, phénotypés dans deux environnements, ont été étudiées en tirant avantage de la combinaison genome-wide association (GWA) mapping et cartographie de QTL. Cette combinaison a permis de mettre en évidence que les effets alléliques et l identité des gènes liés à la variation naturelle étaient fortement dépendants de l environnementet que les populations naturelles pourraient avoir suivi des marches adaptatives différentes. La caractérisation phénologique, écologique et génétique d un échantillonnage hiérarchique de populations d A. thaliana a mis en évidence que la variation des traits phénologiques était adaptative à une échelle très locale en réponse à de nombreux facteurs climatiques et édaphiques. Cette double approche génomique - écologie suggère que l étude des marches adaptatives des populations naturelles d A. thaliana vers des optimums phénotypiques doit passer par l étude des architectures et des bases génétiques à différentes échelles géographiques, suivant un dispositif hiérarchiséet que l estimation de la variation naturelle doit s effectuer dans des conditions réalistes.Two complementary approaches need to be considered in the study of adaptation. The first approach aims at describing the genetic architectures and the genetic bases of phenotypic variation in order to better understand the adaptive walk followed by natural populations toward a phenotypic optimum. The second approach aims to identify the environmental grain of the ecological factors acting as selective pressures in natural populations. In this work we studied the natural variation of phenological traits in Arabidopsis thaliana. We used a powerful combination of genome wide association (GWA) mapping and traditional QTL mapping to fine map the genetics of phenological traits measured under two environments. This dual mapping strategy revealed a strong environmental dependency of both allelic effect and identity of the genes underlying natural variation, but also that natural A. thaliana populations may have followed different adaptive walks. A. thaliana populations were sampled according a hierarchical geographic pattern and characterized ecologically, phenologically and genetically. This strategy revealed that phenological traits were adaptive to fine-grained environmental conditions defined by both climate and soil conditions. In the study of the adaptive walks followed by A. thaliana natural populations, this two sided approach, combining both genomics and ecology, suggests that the description of the genetic architectures and the identification of causal genes should be performed at different spatial scales, following a hierarchical geographic design, and that phenotypes must be measured in ecologically realistic conditions.LILLE1-Bib. Electronique (590099901) / SudocSudocFranceF

Histoire évolutive de la section Beta (mise en évidence des phénomènes d'hybridation et de spéciation au sein de la section dans le bassin méditerranéen)

B.v. maritima, B.v. adanensis, B. macrocarpa 2X et B. macrocarpa 4X appartiennent à la section Beta, genre Beta (Amaranthaceae) dont l'aire de diversification s'est concentrée dans le bassin méditerranéen. La diversité des répartitions géographiques et des traits d'histoire de vie au sein de cette section engendre la possibilité d'étudier la phylogénie d'espèces proches, les effets des oscillations climatiques du Pléistocène et les événements de spéciation en sympatrie et en système insulaire. Une phylogénie de la section a été construite afin d'appréhender la diversité génétique de chaque espèce et sous-espèce et les relations qu'elles partagent. De grandes différences de niveaux de diversité entre les taxons autogames (B.v. adanensis et B. macrocarpa 2X) et allogame (B.v. maritima) et une relation étroite entre B.v. maritima et B.v. adanensis ont été observés. Les patrons de variabilité intraspécifique ont été examinés en détail chez l'espèce cosmopolite côtière B.v. maritima et des hypothèses quant à la localisation et au nombre de zones refuges ont été testées. Les résultats indiquent que B.v. maritima a probablement subi une contraction de son aire de distribution qui s'est ainsi restreinte à trois principales zones refuges puis s'est étendue vers le Nord, pour s'établir dans les régions qu'elle occupe actuellement. Dans un de ces refuges potentiels, sur la péninsule ibérique, deux espèces diploïdes de la section, B. macrocarpa et B.v. maritima, sont trouvées en sympatrie. L'espèce allogame montre une structure génétique de ses populations très faible et de hauts niveaux de diversité génétique comparativement à l'espèce autogame chez laquelle la structuration génétique est très marquée et la diversité génétique très faible. II a d'autre part été montré l'existence de plantes intermédiaires génétiquement entre les deux espèces, suggérant des événements rares d'hybridation en conditions naturelles. Enfin, l'étude suggère une origine multiple de la forme allotétraploïde de Beta macrocarpa, une espèce de betterave endémique des Canaries qui dérive d'un croisement naturel entre ces deux espèces diploïdes continentales : B.v. maritima et B. macrocarpa.LILLE1-BU (590092102) / SudocSudocFranceF

Echelle spatiale et temporelle de l'adaptation chez Arabidopsis thaliana (intégration de la plasticité phénotypique)

A partir d un échantillonnage hiérarchique et/ou temporel de populations naturelles, je me suis attaché dans cette thèse à (i) faire une caractérisation écologique (climat, sol et compétition) faisant défaut chez cette espèce modèle en génomique. (ii) caractériser la variation phénotypique existant à différentes échelles spatiales, en mesurant de nombreux traits phénotypiques et leurs plasticités en conditions contrôlées de serre mais aussi sur un terrain expérimental de l Université de Lille 1, (iii) identifier les traits sous sélection en utilisant trois approches : comparaison FST QST, relations phénotype écologie et gradients de sélection génotypiques, (iv) identifier les agents sélectifs potentiellement responsables de ces variations phénotypiques adaptatives et (v) et identifier les bases génétiques associées à la variation naturelle par une approche de GWA mapping. Il ressort qu une importante variabilité existe pour de nombreux traits phénotypiques à une échelle spatiale large comme le monde ou la France mais également à une échelle spatiale très fine. Bien qu une part importante de cette variation puisse être attribuée à des processus non sélectifs, une part de celle-ci serait due à des processus d adaptation locale. Le patron d adaptation locale révélé est très complexe et semble être la résultante de pressions de sélection emboitées variant à différentes échelles, aussi bien au niveau de la France qu au sein d une population, et agissant sur différents traits ou plasticités. En accord avec ce patron, les bases génétiques associées à la variation naturelle phénotypique semblent être très dépendantes de l échelle géographique considérée.Based on a hierarchically spatial and/or temporal sampling of natural populations, I aimed at (i) making an ecological characterization (climate, soil and competition) lacking for this model plant in genomics, (ii) characterizing the extent of phenotypic variation existing at different spatial scales, by measuring many traits and their phenotypic plasticity in controlled greenhouse conditions and in an experimental field at the University of Lille 1, (iii) identifying the traits under selection using three approaches : FST QST comparisons, phenotype-ecology relationships and genotypic gradients of selection, (iv) identifying the selective agents potentially responsible for adaptive phenotypic variation, and (v) identifying the genetic basis associated with natural variation by a GWA mapping approach. The experiments conducted during this thesis suggest that a significant amount of variation exists for many phenotypic traits at a large spatial scale (World or France), but also at a very fine scale (even within many populations). While a significant part of this variation may have been shaped by non-selective processes, the other part of this variation is suggested to have been shaped by local adaptation. The pattern of local adaptation revealed by the different methods is very complex and appears to be the result of nested selection pressures varying at different geographic scales, (France scale and within-population scale), and acting on different traits or plasticities. In agreement with this pattern, the genetic basis associated with phenotypic natural variation was shown to be highly dependent on the geographical scale considered.LILLE1-Bib. Electronique (590099901) / SudocSudocFranceF

Architecture des jeunes hêtres (Fagus sylvatica)

International audienc