Comprendre l’origine et prédire la variation génétique adaptative à large échelle à l’ère de la génomique : une étude de cas chez le pin maritime

Abstract

Le changement climatique impacte déjà les populations d’arbres forestiers, comme en témoignent les évènements de mortalité de plus en plus fréquents et les migrations vers le nord et en altitude. Cependant, les populations pourraient ne pas migrer assez rapidement face au rythme sans précédent du changement climatique. Dans ce contexte, évaluer le potentiel des populations d'arbres forestiers à persister face au changement climatique est nécessaire. Chez les arbres forestiers, une longue histoire de jardins communs a fourni un cadre unique afin d’associer la variation des traits quantitatifs à de larges gradients environnementaux, permettant ainsi de mieux comprendre l'origine de la variation des traits quantitatifs et d'identifier les populations qui pourraient grandir et survivre mieux, ou moins bien, sous les climats futurs. Les données génomiques provenant des outils de séquençage de nouvelle génération révolutionnent actuellement notre compréhension de la composante génétique des traits quantitatifs et stimulent le développement de nouvelles méthodes statistiques visant à anticiper les réponses des populations aux conditions changeantes. Dans les approches basées sur les traits, la combinaison des données phénotypiques et climatiques des jardins communs avec les données génomiques semble être une approche particulièrement pertinente afin de séparer les composantes plastiques et génétiques de la variation des traits, ainsi que les processus neutres et adaptatifs sous-jacents, ce qui est prometteur vis-à-vis de l’amélioration des prédictions de la variation des traits à grande échelle. En génétique du paysage, les données génomiques et environnementales peuvent être combinées afin d’identifier les relations gènes-environnement actuelles, qui servent ensuite à estimer le changement génétique nécessaire au maintien des relations gènes-environnement dans les climats futurs, une métrique appelée ‘décalage génomique’. Dans cette thèse, le pin maritime (Pinus pinaster Ait), un conifère à longue durée de vie originaire de la partie occidentale du bassin méditerranéen, est utilisé comme étude de cas afin d’évaluer comment les données génomiques pourraient contribuer à anticiper les réponses des populations au changement climatique. Le premier chapitre vise à comprendre comment la variation génétique quantitative est maintenue au sein des populations en testant trois hypothèses concurrentes, mais non mutuellement exclusives, sur plusieurs traits : (i) les populations admixtes présentent une variation génétique quantitative plus élevée en raison de l'introgression en provenance d'autres pools génétiques, (ii) la variation génétique quantitative est plus faible dans les populations provenant d'environnements plus difficiles (c'est-à-dire subissant une sélection plus forte), et (iii) la variation génétique quantitative est plus élevée dans les populations provenant d'environnements spatialement hétérogènes. Le deuxième chapitre vise à déterminer si des modèles combinant des données climatiques et génomiques pourraient capturer les facteurs sous-jacents de la variation de la croissance en hauteur, et ainsi améliorer les prédictions à grande échelle, en particulier par rapport aux prédictions des fonctions de réponse des populations basées sur le climat qui sont actuellement couramment utilisées chez les arbres forestiers. Le troisième chapitre a pour but d’identifier les populations dont les relations gène-environnement seront les plus perturbées par le changement climatique (c'est-à-dire les populations à risque de maladaptation climatique à court terme) en utilisant l'approche du décalage génomique, et à valider les prédictions qui en résultent (c'est-à-dire que les populations avec un décalage génomique élevé devraient avoir une valeur adaptative plus faible) à la fois dans les populations naturelles et dans des conditions de jardins communs.