Approche génomique pour caractériser les processus évolutifs à l'origine des populations domestiques animales actuelles

par Charlotte Her

Projet de thèse en Biodiversité-Ecologie-Environnement

Sous la direction de François Pompanon.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire d'ECologie Alpine (laboratoire) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    La domestication représente un changement majeur de l'évolution humaine, menant à l'émergence de l'agriculture durant le Néolithique. En offrant une série d'expérience évolutives indépendantes où les plantes et les animaux ont été sélectionnés pour des traits spécifiques, ce processus intéresse depuis longtemps les biologistes évolutionnistes. Les espèces domestiques partagent de nombreux traits morphologiques, comportementaux et physiologiques constituant le syndrome de domestication. Chez les animaux, la sélection pour la docilité, pour différents rythmes et voies de développement ont probablement été à l'origine de la domestication et de l'émergence involontaire de certains trait reliés au syndrome comme la robe pie ou les oreilles pendantes. Plus tard, d'autres traits ont été sélectionnés délibérément pour améliorer les phénotypes reliés aux produits de domestication primaires (lait, viande…) ou secondaire (endurance, vitesse…). Notre groupe profite des histoires parallèles de la domestication du mouton (Ovis aries) et de la chèvre (Capra hircus) de façon à caractériser les bases génétiques de ce processus et explorer l'occurrence de gènes reliés aux étapes précoces de la domestication ou à des améliorations plus tardives parmi les animaux domestiques. Nous avons identifié une série de régions génomiques et gènes différenciant les moutons et les chèvres de leur équivalents sauvages, dont une certaine proportion est partagée par les deux espèces. On ignore toujours lesquels de ces gènes/régions génomiques sont impliqués dans les étapes initiales de la domestication (sélection humaine involontaire) ou dans les améliorations subséquentes reliées à des sélections délibérées. De plus, la question se pose de savoir si des balayages sélectifs répandus mondialement et associées à la domestication sont liés à (i) la domestication initiale ou à des améliorations précoces dans le Croissant Fertile ou (ii) à des évènements plus récents résultant de remplacement de population qui semblent être communs chez les animaux domestiques. Plus généralement, les processus évolutifs globaux qui ont modelé les animaux domestiques restent à décrire, en considérant par exemple le rôle de l'introgression et l'importance relative de la sélection positive ou relaxée. Le projet de thèse aborde ces questions via l'analyse d'un large jeu de données de génomes complets produit pour les moutons, les chèvres et leur équivalents sauvages. Les objectifs seront de conduire une analyse fine des régions génomiques sous sélection afin d'inférer une chronologie des évènements de sélection affectant différents gènes (en lien avec différentes catégories fonctionnelles), de vérifier l'importance des évènements d'introgression, etc. Cela impliquera des analyses plus générales sur les données de génomes complets pour obtenir des informations sur le déséquilibre de liaison, les variations de tailles de population effectives, etc. Il sera aussi possible d'explorer le rôle de régions génomiques candidates chez ces petits ruminants chez d'autres mammifères domestiques, via la méta-analyse de génomes issues de bases de données publiques.

  • Titre traduit

    Genomic approach for inferring the evolutionary processes shaping modern domestic animal populations


  • Résumé

    Domestication represented a major turning point in human evolution, leading to the emergence of farming during the Neolithic. By providing a series of independent long-term evolutionary experiments where plants and animals were selected for specific traits, this process has been of longstanding interest to evolutionary biologists. Domestic species share many morphological, behavioral, and physiological traits, collectively referred to as domestication syndromes. In animals, selection for tameness, changes in development rates, and developmental pathways are hypothesized to have triggered domestication and the unintentional emergence of domestication syndrome-related characters such as piebald coat colour and lop ears. Following the attainment of tame animals, deliberate selection for improved phenotypes related to primary (e.g., meat or milk) and secondary (e.g., stamina or speed) domestication products took place. Our group take advantage of the parallel history of domestication in the closely related sheep (Ovis aries) and goat (Capra hircus) in order to depict the genetic bases of this process and explore the occurrence of common genes related to early domestication or subsequent improvement across domestic animals. We have then identified a series of genomic regions and genes differentiating sheep and goats from their wild relatives, of which a substantial proportion is shared by both species. It is still unknown which of these genes / genomic regions were involved in early domestication processes (i.e., unintentionally selected by humans) or in further improvements related to deliberate selection. Moreover, the question arises wether widespread selective sweeps related to domestication are linked to (i) initial domestication or early improvement in the fertile crescent or (ii) more recent event spread over the world as a consequence of population replacements which might be common in domestic animals. More generally, the global evolutionary processes that have shaped domestic animal populations remain to be described, by considering for example the role of introgression and the relative importance of relaxed versus positive selection. The PhD project addresses these questions by giving the opportunity to analyse a large dataset of Whole Genome Sequences produced for sheep, goats and their wild relatives. The purpose will beto conduct a fine analysis of genomic regions under selection in order to infer the chronology of selective events affecting different genes (in relation with different functional categories), to assess the importance of introgression events, etc. This will involve more general analyses on whole genome data to get information related to linkage disequilibrium decay, variations of effective population sizes (via demographic inferences) etc… We also have the opportunity to assess the role of the candidate genomic regions found in small ruminants in other domestic mammal species, via the meta-analysis of genome data retrieved from public databases.