ADA-SPODO — Déterminisme moléculaire de l’adaptation écologique et de la spéciation chez deux variants du lépidoptère Spodoptera frugiperda

Alors qu’une crise alimentaire mondiale menace, 20% des récoltes mondiales sont dévorées par les insectes. Une meilleure connaissance des génomes des insectes ravageurs des cultures, ainsi que de la capacité de ces insectes à s’adapter à de nouvelles plantes hôtes et à se diversifier pourrait permettre l’élaboration de nouvelles méthodes de protection des plantes. Notre modèle d’étude, le lépidoptère Spodoptera frugiperda, ou « Légionnaire d’Automne », est un ravageur des cultures. Il existe sous la forme de deux races d’hôte, l’une préférentiellement associée au maïs, l’autre au riz. Les deux races sont indiscernables morphologiquement mais diffèrent par la composition de leur cocktail phéromonal et par un certain niveau d’incompatibilité génétique. Le premier but du projet est de décrire toutes les sources de variation génétique entre les deux races, en comparant d’une part le génome d’individus des deux races maintenues en élevage, mais aussi en mesurant le taux de divergence génétique et le flux de gènes entre des individus collectés sur différentes plantes hôtes dans des populations naturelles. Notre second but est d’identifier les gènes impliqués dans l’adaptation à la plante hôte et leur régulation et de déterminer si la plante hôte a un rôle dans la spéciation. Nous disposerons dès le début du projet de l’assemblage des génomes des deux races et d’une annotation automatique (fournis par le Génoscope), ainsi que de données transcriptomiques et d’une carte génétique basée sur 300 marqueurs microsatellites. Le projet comportera : -L’annotation structurale complète des deux génomes des races en élevage, qui décrira les gènes orthologues mais aussi les mutations (SNP, rearrangements, insertions d’ET) qui contribuent à l’hétérogénéité entre les deux génomes. Les gènes candidats soumis à sélection divergente ou directement soumis à une sélection positive seront listés. - L’annotation fonctionnelle des deux génomes fera appel à la comparaison des transcriptomes (ARNm et petits ARNnc) des deux races sur deux plantes hôte au stade larvaire et adulte. Les gènes différentiellement exprimés seront identifiés, et nous rechercherons leurs régulateurs épigénétiques (modifications d’histones et ARNnc) à partir des mêmes échantillons. Ces analyses s’appuieront sur l’intégration informatique des données. - 50 gènes parmi les gènes divergents ou différentiellement exprimés entre races seront étudiés plus avant. Nous choisirons des gènes appartenant à des familles susceptibles d’être impliquées dans l’adaptation à la plante. Nous vérifierons dans des individus sauvages si ces gènes sont bien différentiellement exprimés en fonction de la plante hôte, ou si les allèles divergents identifiés sont bien sur-représentés dans les champs sur les plantes hôtes attendues. Nous suivrons aussi leur niveau d’expression et leur séquence dans des individus d’élevage soumis à 12 cycles successifs de sélection par la plante hôte pour voir s’ils évoluent. -Enfin, nous mesurerons la divergence génétique liée à la plante hôte et le flux de gènes entre individus sur différentes plantes hôtes à une petite échelle géographique. Nous conduirons une analyse phylogéographique en vue de décrire la structure des populations naturelles et de mesurer la divergence entre les races sur une plus grande région. Le projet réunit quatre partenaires. DGIMI est coordinateur du projet et expert en génomique, transcriptomique et épigénomique des insectes. L’URGI est expert dans la détection des éléments transposables (ET) de novo dans les génomes et dans leur classification. L’équipe Symbiose de l’INRIA est spécialiste du traitement bioinformatique des génomes d’insectes, tandis que le CBGP est expert en génétique des populations et en phylogéographie. Aucun des partenaires n’aurait pu entreprendre seul un tel projet, et les compétences complémentaires en génomique, génétique, évolution et bio-informatique vont constituer un atout majeur de cet effort scientifique novateur conjoint.