Thèse Sélection Directe et Indirecte sur un Modificateur de la Recombinaison Après Hybridation d'Isolats Sauvages de Caenorhabditis Elegans H/F - Doctorat.Gouv.Fr
Thèse Sélection Directe et Indirecte sur un Modificateur de la Recombinaison Après Hybridation d'Isolats Sauvages de Caenorhabditis Elegans H/F
Doctorat.Gouv.Fr · École - 73 · CDD
📑 Missions du poste
Établissement : École normale supérieure - PSL (ENS-PSL) École doctorale : Sciences du Vivant Laboratoire de recherche : Institut de Biologie de l'École Normale Supérieure Direction de la thèse : Henrique TEOTONIO ORCID 0000000310576882 Début de la thèse : 2027-01-04 Date limite de candidature : 2026-10-31T23:59:59 La position des crossing-overs le long des chromosomes, le paysage de recombinaison, varie au sein des espèces et entre elles. La théorie prédit que les modificateurs de la recombinaison sont sélectionnés indirectement, par leurs associations avec des allèles sélectionnés, avec une intensité et un signe qui dépendent de la taille des populations, de l'autofécondation, de la variation génétique présente et de la position du modificateur dans le génome. Cette sélection est cependant faible, et les effets directs d'un modificateur sur la fertilité ou la survie de ses porteurs peuvent l'emporter sur elle. Chez les hybrides entre génomes divergents, la sélection indirecte devrait être forte, car la recombinaison casse les combinaisons parentales d'allèles, et les coûts de la recombinaison, sous forme de dépression hybride, sont les plus visibles.
Chez le nématode Caenorhabditis elegans, la perte de fonction du gène rec-1 déplace les crossing-overs des bras des chromosomes vers leurs centres. L'équipe d'accueil a montré que l'allèle perte de fonction est sélectionné indirectement dans des populations de laboratoire, surtout par les allèles sélectionnés proches de sa position, avec un signe qui dépend du taux d'autofécondation. Ses effets directs n'ont été étudiés que dans des populations de laboratoire et pourraient différer selon le fond génétique et l'environnement. Le projet utilise quatre isolats sauvages d'une localité hawaïenne, les fondateurs Volcano, et des lignées de chacun portant le même allèle perte de fonction, pour poser quatre questions. Quelle est l'ampleur des effets directs de rec-1 selon le fond génétique et l'environnement ? Le paysage de recombinaison de rec-1 modifie-t-il la dépression hybride et les distorsions de ségrégation entre fondateurs ? Quelle est la sélection nette sur rec-1 pendant l'adaptation au laboratoire de populations hybrides, selon le mode de reproduction, et quelle en est la part indirecte ? Enfin, la sélection indirecte dépend-elle de la position de rec-1 dans le génome, et la position compte-t-elle moins en autofécondation ?
Premièrement, des compétitions entre chaque lignée perte de fonction et son fondateur, dans trois environnements, mesureront la sélection directe par PCR quantitative sur des mélanges d'ADN. Deuxièmement, des croisements entre fondateurs réalisés avec chaque allèle de rec-1 mesureront l'hétérosis en F1 et la dépression hybride en F2, et le séquençage de mélanges de F2 localisera les distorsions de ségrégation. Troisièmement, des populations hybrides des quatre fondateurs seront domestiquées au laboratoire pendant 50 générations, avec rec-1 en ségrégation, sous trois modes de reproduction et deux tailles de population, avec des populations d'un seul fondateur comme témoins de la sélection directe. Les changements de fréquence de rec-1, l'ascendance des fondateurs le long du génome et la valeur sélective seront suivis, et des lignées consanguines issues de populations fixées pour chaque allèle donneront les cartes de recombinaison des deux paysages. Quatrièmement, une copie sauvage de rec-1 insérée à une nouvelle position du chromosome I des lignées perte de fonction ségrégera dans des populations hybrides évoluant en allofécondation et en autofécondation prédominante, pour tester si la sélection sur le modificateur dépend de sa localisation. Des simulations individu-centrées compareront les résultats aux attentes théoriques.
Le projet séparera la sélection directe et indirecte sur un modificateur de la recombinaison dans des fonds génétiques sauvages et leurs hybrides, montrera comment recombinaison et mode de reproduction déterminent la résolution des incompatibilités hybrides, et testera si la position d'un modificateur, et pas seulement son effet sur la recombinaison, détermine son devenir. La position des crossing-overs le long des chromosomes, le paysage de recombinaison, varie au sein des espèces et entre elles, mais les forces qui le façonnent restent mal comprises (Parée et Teotónio 2025). La théorie prédit que les gènes qui modifient la recombinaison sont sélectionnés indirectement, par les associations qu'ils forment avec des allèles sélectionnés (Barton 1995). Dans les populations finies, cette sélection indirecte est faible (Roze 2021), et l'autofécondation en modifie l'intensité (Stetsenko et Roze 2022). Les effets directs d'un modificateur sur la fertilité ou la viabilité de ses porteurs peuvent donc compter autant que ses effets indirects, bien que les tests expérimentaux les supposent généralement absents (Parée et Teotónio 2025).
Chez Caenorhabditis elegans, la perte de fonction de rec-1 déplace les crossing-overs des bras des chromosomes vers leurs centres (Parée et al. 2024), tout en maintenant un crossing-over par paire de chromosomes (Chung et al. 2015). L'équipe d'accueil a montré que l'allèle perte de fonction est sélectionné indirectement dans des populations de laboratoire génétiquement diverses, surtout par son effet sur la recombinaison près de sa propre position, favorisé en allofécondation prédominante et défavorisé en autofécondation prédominante (Parée et al. 2025, 2026). Comme cette sélection est locale, elle devrait changer si le gène est déplacé à une autre position du génome. Les effets directs de l'allèle n'ont été étudiés que dans des populations de laboratoire et pourraient différer selon le fond génétique sauvage et l'environnement. Des lignées de quatre isolats sauvages collectés dans une même localité hawaïenne, les fondateurs Volcano (Crombie et al. 2019), portent le même allèle perte de fonction, obtenu par édition du génome.
L'hybridation est la situation où la sélection indirecte sur la recombinaison devrait être la plus forte et où ses coûts sont les plus visibles. Les croisements entre isolats de C. elegans montrent souvent une dépression hybride en F2 (Dolgin et al. 2007, Gimond et al. 2013) et des distorsions de ségrégation causées par des éléments toxine-antidote (Ben-David et al. 2017). Chaque fondateur Volcano porte quelques centaines des régions hyper-divergentes décrites par Lee et al. (2021), et le polymorphisme de C. elegans est plus élevé sur les bras des chromosomes, où la recombinaison est forte (Rockman et Kruglyak 2009). Un modificateur qui diminue la recombinaison sur les bras devrait donc changer la manière dont les génomes hybrides sont fragmentés. La sélection sur un modificateur de l'autofécondation ou de l'homogamie combine un avantage de transmission, la dépression de consanguinité et la dépression hybride (Epinat et Lenormand 2009), et un modificateur de la recombinaison dans des populations hybrides devrait subir des forces analogues. L'hypothèse centrale est que le devenir d'un modificateur de la recombinaison après hybridation dépend de l'équilibre entre ses effets directs, qui varient selon le fond génétique, et les effets indirects de la rupture ou du maintien des combinaisons parentales d'allèles, surtout près de sa propre position, un équilibre qui change avec le mode de reproduction. Le projet a quatre objectifs.
(1) Mesurer les effets directs de la perte de fonction de rec-1 dans les quatre fonds génétiques Volcano et trois environnements.
(2) Tester si le paysage de recombinaison de rec-1 modifie la dépression hybride et les distorsions de ségrégation lorsque les fondateurs sont croisés. Si des combinaisons incompatibles se trouvent sur les mêmes bras chromosomiques, la baisse de valeur sélective en F2 devrait être plus faible lorsque la F1 porte l'allèle perte de fonction.
(3) Mesurer la sélection nette sur rec-1 pendant la domestication au laboratoire de populations hybrides des fondateurs, en allofécondation, en autofécondation partielle et en autofécondation prédominante, en séparer la composante indirecte, et cartographier les deux paysages de recombinaison dans ces populations. La sélection indirecte devrait être la plus forte dans les premières générations après l'hybridation et dans les petites populations, et changer de signe avec le taux d'autofécondation.
(4) Tester si la sélection indirecte change lorsque la copie fonctionnelle de rec-1 se trouve à une nouvelle position du chromosome I, et si la position compte moins en autofécondation prédominante, où les associations s'étendent à tout le génome. (1) Sélection directe. Chaque lignée perte de fonction, portant la même délétion de 13 pb avec décalage du cadre de lecture, obtenue par CRISPR-Cas9 dans chaque fondateur, sera mise en compétition avec son fondateur sauvage à fréquences égales, dans des populations autofécondantes de 10 individus, sur milieu standard, à 150 mM de NaCl et dans un environnement enrichi en zinc, en deux blocs de 24 populations. Les fréquences alléliques seront mesurées aux générations 1, 3, 5 et 8 par PCR quantitative et courbes de fusion sur des mélanges d'ADN, avec un étalonnage propre à chaque fond génétique, et les coefficients de sélection seront estimés par des modèles mixtes. La taille de ponte, la viabilité embryonnaire, la fréquence des mâles et le temps de développement identifieront les composantes de la valeur sélective en jeu.
(2) Coûts des croisements. Les six paires de fondateurs seront croisées dans les deux sens, avec les deux parents sauvages ou les deux porteurs de la délétion, en utilisant des femelles fog-2 comme mères. L'hétérosis en F1 et la dépression hybride en F2 seront mesurées par rapport à la moyenne parentale du même génotype rec-1, de sorte que les effets directs s'annulent. Le séquençage de mélanges d'environ 300 larves F2 par croisement localisera les régions de distorsion de ségrégation.
(3) Domestication de populations hybrides. Des croisements en entonnoir entre les quatre fondateurs donneront trois types de populations hybrides, en ségrégation pour rec-1 (chaque fondateur entrant comme un mélange à parts égales de sa souche sauvage et de sa lignée éditée, de sorte que la délétion n'est associée à aucune partie du génome), ou fixées pour l'allèle sauvage ou pour l'allèle perte de fonction. Toutes seront domestiquées pendant 50 générations à 150 mM de NaCl. Les populations en ségrégation évolueront en allofécondation obligatoire (populations mâles-femelles fog-2), avec environ 50 % d'autofécondation et avec plus de 90 % d'autofécondation, à 10³ et 10 individus. Des populations issues d'un seul fondateur, sous les mêmes modes de reproduction, mesureront la sélection directe, de sorte que la sélection indirecte est la différence entre sélection nette et sélection directe. La fréquence de rec-1 sera suivie par PCR quantitative, l'ascendance des fondateurs par séquençage de mélanges, et la valeur sélective et la dépression de consanguinité par des tests au début et à la fin. Environ 100 lignées consanguines dérivées par autofécondation de chaque population fixée, génotypées par séquençage à faible couverture, donneront les deux cartes de recombinaison à partir des points de cassure entre haplotypes des fondateurs.
(4) Position du modificateur. Des lignées perte de fonction portant une copie sauvage de rec-1 munie d'un code-barres de séquence, insérée par CRISPR-Cas9 à une nouvelle position du chromosome I (lignées attendues en 2027), seront mélangées aux lignées perte de fonction dans de nouveaux croisements en entonnoir, de sorte que la fonction de rec-1 ne ségrège qu'à la nouvelle position. Ces populations, et des populations à la position native décongelées à partir des populations de départ, évolueront pendant 30 générations en allofécondation et en autofécondation prédominante, à 10³ individus, avec des témoins issus d'un seul fondateur pour les effets directs. La copie insérée sera suivie par PCR quantitative, et des lignées consanguines issues d'une population fixée pour cette copie montreront si elle restaure le paysage sauvage.
Les analyses statistiques utiliseront des modèles mixtes sous R, et des simulations individu-centrées avec SLiM, fondées sur les génomes des fondateurs et les cartes, fourniront les attentes pour chaque traitement et chaque position.
Chez le nématode Caenorhabditis elegans, la perte de fonction du gène rec-1 déplace les crossing-overs des bras des chromosomes vers leurs centres. L'équipe d'accueil a montré que l'allèle perte de fonction est sélectionné indirectement dans des populations de laboratoire, surtout par les allèles sélectionnés proches de sa position, avec un signe qui dépend du taux d'autofécondation. Ses effets directs n'ont été étudiés que dans des populations de laboratoire et pourraient différer selon le fond génétique et l'environnement. Le projet utilise quatre isolats sauvages d'une localité hawaïenne, les fondateurs Volcano, et des lignées de chacun portant le même allèle perte de fonction, pour poser quatre questions. Quelle est l'ampleur des effets directs de rec-1 selon le fond génétique et l'environnement ? Le paysage de recombinaison de rec-1 modifie-t-il la dépression hybride et les distorsions de ségrégation entre fondateurs ? Quelle est la sélection nette sur rec-1 pendant l'adaptation au laboratoire de populations hybrides, selon le mode de reproduction, et quelle en est la part indirecte ? Enfin, la sélection indirecte dépend-elle de la position de rec-1 dans le génome, et la position compte-t-elle moins en autofécondation ?
Premièrement, des compétitions entre chaque lignée perte de fonction et son fondateur, dans trois environnements, mesureront la sélection directe par PCR quantitative sur des mélanges d'ADN. Deuxièmement, des croisements entre fondateurs réalisés avec chaque allèle de rec-1 mesureront l'hétérosis en F1 et la dépression hybride en F2, et le séquençage de mélanges de F2 localisera les distorsions de ségrégation. Troisièmement, des populations hybrides des quatre fondateurs seront domestiquées au laboratoire pendant 50 générations, avec rec-1 en ségrégation, sous trois modes de reproduction et deux tailles de population, avec des populations d'un seul fondateur comme témoins de la sélection directe. Les changements de fréquence de rec-1, l'ascendance des fondateurs le long du génome et la valeur sélective seront suivis, et des lignées consanguines issues de populations fixées pour chaque allèle donneront les cartes de recombinaison des deux paysages. Quatrièmement, une copie sauvage de rec-1 insérée à une nouvelle position du chromosome I des lignées perte de fonction ségrégera dans des populations hybrides évoluant en allofécondation et en autofécondation prédominante, pour tester si la sélection sur le modificateur dépend de sa localisation. Des simulations individu-centrées compareront les résultats aux attentes théoriques.
Le projet séparera la sélection directe et indirecte sur un modificateur de la recombinaison dans des fonds génétiques sauvages et leurs hybrides, montrera comment recombinaison et mode de reproduction déterminent la résolution des incompatibilités hybrides, et testera si la position d'un modificateur, et pas seulement son effet sur la recombinaison, détermine son devenir. La position des crossing-overs le long des chromosomes, le paysage de recombinaison, varie au sein des espèces et entre elles, mais les forces qui le façonnent restent mal comprises (Parée et Teotónio 2025). La théorie prédit que les gènes qui modifient la recombinaison sont sélectionnés indirectement, par les associations qu'ils forment avec des allèles sélectionnés (Barton 1995). Dans les populations finies, cette sélection indirecte est faible (Roze 2021), et l'autofécondation en modifie l'intensité (Stetsenko et Roze 2022). Les effets directs d'un modificateur sur la fertilité ou la viabilité de ses porteurs peuvent donc compter autant que ses effets indirects, bien que les tests expérimentaux les supposent généralement absents (Parée et Teotónio 2025).
Chez Caenorhabditis elegans, la perte de fonction de rec-1 déplace les crossing-overs des bras des chromosomes vers leurs centres (Parée et al. 2024), tout en maintenant un crossing-over par paire de chromosomes (Chung et al. 2015). L'équipe d'accueil a montré que l'allèle perte de fonction est sélectionné indirectement dans des populations de laboratoire génétiquement diverses, surtout par son effet sur la recombinaison près de sa propre position, favorisé en allofécondation prédominante et défavorisé en autofécondation prédominante (Parée et al. 2025, 2026). Comme cette sélection est locale, elle devrait changer si le gène est déplacé à une autre position du génome. Les effets directs de l'allèle n'ont été étudiés que dans des populations de laboratoire et pourraient différer selon le fond génétique sauvage et l'environnement. Des lignées de quatre isolats sauvages collectés dans une même localité hawaïenne, les fondateurs Volcano (Crombie et al. 2019), portent le même allèle perte de fonction, obtenu par édition du génome.
L'hybridation est la situation où la sélection indirecte sur la recombinaison devrait être la plus forte et où ses coûts sont les plus visibles. Les croisements entre isolats de C. elegans montrent souvent une dépression hybride en F2 (Dolgin et al. 2007, Gimond et al. 2013) et des distorsions de ségrégation causées par des éléments toxine-antidote (Ben-David et al. 2017). Chaque fondateur Volcano porte quelques centaines des régions hyper-divergentes décrites par Lee et al. (2021), et le polymorphisme de C. elegans est plus élevé sur les bras des chromosomes, où la recombinaison est forte (Rockman et Kruglyak 2009). Un modificateur qui diminue la recombinaison sur les bras devrait donc changer la manière dont les génomes hybrides sont fragmentés. La sélection sur un modificateur de l'autofécondation ou de l'homogamie combine un avantage de transmission, la dépression de consanguinité et la dépression hybride (Epinat et Lenormand 2009), et un modificateur de la recombinaison dans des populations hybrides devrait subir des forces analogues. L'hypothèse centrale est que le devenir d'un modificateur de la recombinaison après hybridation dépend de l'équilibre entre ses effets directs, qui varient selon le fond génétique, et les effets indirects de la rupture ou du maintien des combinaisons parentales d'allèles, surtout près de sa propre position, un équilibre qui change avec le mode de reproduction. Le projet a quatre objectifs.
(1) Mesurer les effets directs de la perte de fonction de rec-1 dans les quatre fonds génétiques Volcano et trois environnements.
(2) Tester si le paysage de recombinaison de rec-1 modifie la dépression hybride et les distorsions de ségrégation lorsque les fondateurs sont croisés. Si des combinaisons incompatibles se trouvent sur les mêmes bras chromosomiques, la baisse de valeur sélective en F2 devrait être plus faible lorsque la F1 porte l'allèle perte de fonction.
(3) Mesurer la sélection nette sur rec-1 pendant la domestication au laboratoire de populations hybrides des fondateurs, en allofécondation, en autofécondation partielle et en autofécondation prédominante, en séparer la composante indirecte, et cartographier les deux paysages de recombinaison dans ces populations. La sélection indirecte devrait être la plus forte dans les premières générations après l'hybridation et dans les petites populations, et changer de signe avec le taux d'autofécondation.
(4) Tester si la sélection indirecte change lorsque la copie fonctionnelle de rec-1 se trouve à une nouvelle position du chromosome I, et si la position compte moins en autofécondation prédominante, où les associations s'étendent à tout le génome. (1) Sélection directe. Chaque lignée perte de fonction, portant la même délétion de 13 pb avec décalage du cadre de lecture, obtenue par CRISPR-Cas9 dans chaque fondateur, sera mise en compétition avec son fondateur sauvage à fréquences égales, dans des populations autofécondantes de 10 individus, sur milieu standard, à 150 mM de NaCl et dans un environnement enrichi en zinc, en deux blocs de 24 populations. Les fréquences alléliques seront mesurées aux générations 1, 3, 5 et 8 par PCR quantitative et courbes de fusion sur des mélanges d'ADN, avec un étalonnage propre à chaque fond génétique, et les coefficients de sélection seront estimés par des modèles mixtes. La taille de ponte, la viabilité embryonnaire, la fréquence des mâles et le temps de développement identifieront les composantes de la valeur sélective en jeu.
(2) Coûts des croisements. Les six paires de fondateurs seront croisées dans les deux sens, avec les deux parents sauvages ou les deux porteurs de la délétion, en utilisant des femelles fog-2 comme mères. L'hétérosis en F1 et la dépression hybride en F2 seront mesurées par rapport à la moyenne parentale du même génotype rec-1, de sorte que les effets directs s'annulent. Le séquençage de mélanges d'environ 300 larves F2 par croisement localisera les régions de distorsion de ségrégation.
(3) Domestication de populations hybrides. Des croisements en entonnoir entre les quatre fondateurs donneront trois types de populations hybrides, en ségrégation pour rec-1 (chaque fondateur entrant comme un mélange à parts égales de sa souche sauvage et de sa lignée éditée, de sorte que la délétion n'est associée à aucune partie du génome), ou fixées pour l'allèle sauvage ou pour l'allèle perte de fonction. Toutes seront domestiquées pendant 50 générations à 150 mM de NaCl. Les populations en ségrégation évolueront en allofécondation obligatoire (populations mâles-femelles fog-2), avec environ 50 % d'autofécondation et avec plus de 90 % d'autofécondation, à 10³ et 10 individus. Des populations issues d'un seul fondateur, sous les mêmes modes de reproduction, mesureront la sélection directe, de sorte que la sélection indirecte est la différence entre sélection nette et sélection directe. La fréquence de rec-1 sera suivie par PCR quantitative, l'ascendance des fondateurs par séquençage de mélanges, et la valeur sélective et la dépression de consanguinité par des tests au début et à la fin. Environ 100 lignées consanguines dérivées par autofécondation de chaque population fixée, génotypées par séquençage à faible couverture, donneront les deux cartes de recombinaison à partir des points de cassure entre haplotypes des fondateurs.
(4) Position du modificateur. Des lignées perte de fonction portant une copie sauvage de rec-1 munie d'un code-barres de séquence, insérée par CRISPR-Cas9 à une nouvelle position du chromosome I (lignées attendues en 2027), seront mélangées aux lignées perte de fonction dans de nouveaux croisements en entonnoir, de sorte que la fonction de rec-1 ne ségrège qu'à la nouvelle position. Ces populations, et des populations à la position native décongelées à partir des populations de départ, évolueront pendant 30 générations en allofécondation et en autofécondation prédominante, à 10³ individus, avec des témoins issus d'un seul fondateur pour les effets directs. La copie insérée sera suivie par PCR quantitative, et des lignées consanguines issues d'une population fixée pour cette copie montreront si elle restaure le paysage sauvage.
Les analyses statistiques utiliseront des modèles mixtes sous R, et des simulations individu-centrées avec SLiM, fondées sur les génomes des fondateurs et les cartes, fourniront les attentes pour chaque traitement et chaque position.
👤 Profil recherché
Master en biologie de l'évolution, génétique des populations ou génétique. Expérience du travail expérimental sur organisme modèle, idéalement la culture de C. elegans et l'évolution expérimentale, et de la biologie moléculaire (extraction d'ADN, PCR quantitative). Analyse statistique sous R, y compris les modèles mixtes, et intérêt pour la génomique des populations et les simulations individu-centrées. Rigueur, autonomie et goût du travail en équipe. Bon niveau d'anglais écrit et oral.