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Stage:180
From Master 2 Recherche Biosciences Végétales
Laboratoire d'accueil : Laboratoire des Interactions Plantes Micro-organismes (LIPM)
Equipe d'accueil : Génétique et Génomique du Tournesol
Encadrant(e)(s) : Nicolas Langlade 05 61 28 57 78 nicolas.langlade@toulouse.inra.fr
Positionnement du problème et objectif
L'hétérosis ou vigueur hybride est un phénomène génétique majeur qui consiste en la supériorité des hybrides par rapport à leurs parents. Il a permis le développement de la production agricole mondiale à travers le développement d'hybrides notamment pour les grandes cultures comme le maïs, le riz ou le tournesol (cf références dans Birchler et al., Plant Cell, 2012).
Le stress hydrique est le facteur limitant principal pour la culture du tournesol, et va s’amplifier dans l’avenir du fait du changement climatique en cours. De ce fait, mieux comprendre et prédire l’hétérosis pour la réponse à la sécheresse chez le tournesol constitue un enjeu scientifique important.
Les changements phénotypiques liés à l’hétérosis ont des bases moléculaires et génétiques très mal connues en général et c’est encore davantage le cas pour la réponse à la sécheresse chez le tournesol en particulier.
Le projet vise à identifier les processus transcriptomiques en œuvre lors de la réponse au stress hydrique chez l'hybride par rapport à ses parents.
• Quelles sont les différences de régulation transcriptomique en réponse à la sécheresse entre les parents et l'hybride?
• Quelles régions génétiques contrôlent l'expression de ces gènes (régulation cis / trans)?
Description du travail et méthodologie
Identification des gènes différentiellement régulés en fonction du statut hybride et du stress hydrique
L'étude se basera sur des résultats RNA-Seq obtenus précédemment sur un dispositif de 4 mâles, 4 femelles et leurs 16 hybrides en situation de stress hydrique ou d’irrigation optimale avec 3 répétitions mis en place sur la plateforme Heliaphen en 2013. Ce dispositif a par ailleurs été caractérisé au niveau morphométrique et est en cours aux niveaux métabolomiques et protéomiques dans le cadre du projet SUNRISE.
Par un travail statistique d’analyse de l’expression, ce matériel servira à la découverte des gènes qui montrent des réponses différentes entre l’hybride et ses parents vis-à-vis du stress hydrique. Une étude de corrélation avec d’autres caractères pourra être mise en œuvre en fonction de l’avancement des travaux.
Les résultats obtenus seront validés par l’étude de l’expression par RT-qPCR d’un sous-ensemble de gènes candidats sur des échantillons produits en 2015 sur la réplicaion du dispositif sur la plateforme Heliaphen
Identification régions génomiques contrôlant
Ensuite, l’approche génétique visera à identifier les régions génomiques qui contrôlent l’expression des gènes hétérotiques pour la réponse à la sécheresse. La mesure d’environ 90 gènes sera réalisée par qRT-PCR sur 3 dispositifs de 400 hybrides cultivés en 2013 et 2015 dont les échantillons de feuille ont été broyés.
Une approche de GWA sera réalisée sur ces niveaux d’expression et des hot-spot de QTL seront cherchées pour identifier des régions majeures dans le processus.
Tout le matériel biologique a été produit et stocké. Il sera réalisé des expérimentations pour le phénotypage de caractères morphométriques de l'hétérosis sur la plateforme de phénotypage Heliaphen auquelles l’étudiant prendra part pour se former sur ces aspects du travail d’expériementation.
Perspectives
L'objectif du stage est d'identifier des processus moléculaires et génétiques impliqués dans l'hétérosis chez le tournesol. L’étudiant développera de fortes compétences en biostatistiques et en génétique quantitative.
Ce travail fait partie du projet Investissement d'Avenir Sunrise (2012-2019) et est en très forte interaction avec l’ensemble des semenciers partenaires (Caussade, Maisadour, RAGT2n, Soltis, Syngenta), l’entreprise en biotechnologie Biogemma et l’institut technique Terres Inovia. Les résultats obtenus seront utilisés et développés par la suite dans le cadre de ce projet.
L’étudiant sera invité à poursuivre ces travaux sur cette thématique dans l’équipe avec un financement qui reste à définir.