Description du sujet de thèse

La diploïdie se caractérise par la présence de deux copies de chaque gène, l'une d'origine paternelle et l'autre d'origine maternelle. Si de nombreuses théories ont été consacrées à la compréhension de l'évolution de la durée relative des phases diploïdes et haploïdes chez les eucaryotes, peu de travaux se sont intéressé à la manière dont l'expression diploïde « équitable » 1:1 est maintenue dans la phase diploïde. En particulier, les mutations des régulateurs en cis sont censées provoquer une « expression allèle spécifique » (ASE), où un allèle est systématiquement surexprimé ou sous-exprimé lorsqu'il est associé à un ou plusieurs régulateurs en cis forts ou faibles. L'ASE est très répandue chez les eucaryotes (1-3). Cependant, nous ne disposons pas d'une théorie spécifique pour prédire les niveaux d'ASE. De fait, les conséquences évolutives des variations cis-régulatrices commencent à peine à être intégrées dans la théorie de la génétique des populations.

Plusieurs processus évolutifs peuvent contribuer à l'ASE. Certaines des variations d’expression allèle-spécifique peuvent être neutres, d'autres peuvent être délétères (par exemple, lorsqu'une variation cis-régulatrice entraîne un écart par rapport à l’expression optimale d’un gène) et d'autres encore peuvent être avantageuse (lorsqu'un niveau alternatif d'expression est occasionnellement sélectionnée pour un gène donné). Outre ces effets directs, l'emballement des régulateurs en cis peut générer un ASE substantiel (4). En effet, dans cet emballement, les régulateurs en cis les plus forts se fixent de manière répétée dans les populations, générant une forte ASE pendant une phase transitoire (c'est-à-dire lorsque de nouveaux cis-régulateurs plus forts atteignent des fréquences intermédiaires et avant qu'ils ne s'approchent de la fixation). Enfin, les niveaux d'ASE peuvent être globalement atténués par des adaptations qui imposent dans une certaine mesure une expression diploïde 1:1 équitable.

Le premier objectif de ce projet de doctorat est de développer une théorie complète de l'ASE qui combine les différents processus mentionnés ci-dessus. Cette théorie prendra en compte des modèles multilocus où les régulateurs en cis évoluent pour chaque gène, ainsi qu'un trait au niveau du génome qui coévolue pour atténuer l'ASE résultant de la variation de la régulation en cis. Elle intégrera également une sélection stabilisatrice sur les niveaux d'expression et la coévolution des régulateurs en cis et des régulateurs en trans. Cette théorie permettra de prédire les niveaux d'ASE auxquels on peut s'attendre et les paramètres critiques qui influencent leur distribution. En particulier, elle sera utile pour déterminer la distribution de fréquence des variants cis-régulateurs, la proportion de variants cis-régulateurs rares (reflétant principalement les variants maintenus à l'équilibre mutation-sélection), et les variants cis-régulateurs qui atteignent transitoirement des fréquences intermédiaires (reflétant principalement une dynamique d'emballement ou éventuellement une sélection positive directe). Des extensions de cette théorie sont possibles pour explorer comment l'emballement des cis-régulateurs pourrait contribuer à l'évolution de la complexité des réseaux de régulation des gènes eucaryotes.

Le deuxième objectif de ce projet de doctorat est de comparer ces prédictions avec les données réelles de distribution d’ASE chez les eucaryotes. L'approche consistera à utiliser la base de données PopPhyl (5), qui contient 76 espèces non-modèles (dans 31 familles) couvrant la diversité des métazoaires. Cette base de données présente l'avantage d'avoir été collectée, séquencée et analysée à l'aide de protocoles standardisés. Elle comprend également des individus répliqués pour chaque espèce et couvre une grande diversité d'espèces en termes de biologie et d'écologie. Cette base de données sera élargie pour inclure des données ASE accessibles publiquement pour une série d'espèces modèles (par exemple, la drosophile, la levure, la souris, Arabidopsis, le maïs) et des données acquises en interne (sur Silene, Daphnia et Artemia).

References:
1. J. C. Knight, Allele-specific gene expression uncovered. Trends in Genetics 20, 113–116 (2004).
2. M. S. Hill, P. Vande Zande, P. J. Wittkopp, Molecular and evolutionary processes generating variation in gene expression. Nature Reviews Genetics 22, 203–215 (2021).
3. P. J. Wittkopp, “Evolution of Gene Expression” in The Princeton Guide to Evolution, J. B. Losos, H. E. Hoekstra, Eds. (2013).
4. F. Fyon, A. Cailleau, T. Lenormand, Enhancer runaway and the evolution of diploid gene expression. PLoS genetics 11, e1005665 (2015).
5. https://kimura.univ-montp2.fr/popphyl/

Contexte de travail

La personne recrutée recevra une formation complète en génomique évolutive de pointe et en génétique théorique des populations. Elle passera la plupart de son temps dans le groupe d'écologie génétique et évolutive (GEE) du Centre d'écologie fonctionnelle et évolutive (CEFE), un grand institut de recherche axé sur l'écologie et l'évolution situé à Montpellier, dans le sud de la France, avec d'éventuelles visites de partenaires du projet ailleurs en France. Montpellier est une ville étudiante animée avec un beau centre historique, située à environ 10 km de la mer Méditerranée. Ce doctorat fait partie d'un projet ERC avancé ('RegEvol', Thomas Lenormand), qui aborde de nouvelles idées et prédictions théoriques sur le rôle de l'évolution des régulateurs de l’expression génétique pour plusieurs sujets fondamentaux importants en biologie évolutive (chromosomes sexuels, maintien du sexe, complexité des réseaux de gènes, etc.). La personne recrutée rejoindra l'équipe travaillant sur ce projet, comprenant Aline Muyle, Christoph Haag, Denis Roze, Sylvain Glémin, et Thomas Lenormand. Sylvain Glémin et Thomas Lenormand superviseront la thèse.

Profil souhaité:
(1) Enthousiasme et véritable curiosité pour la génétique évolutive, la génomique et la biologie évolutive.
(2) Diplôme de master dans le domaine de la biologie évolutive. Une expérience de la génomique et/ou de la génétique des populations et/ou de la théorie de l'évolution est souhaitable.
(3) Solides compétences quantitatives. Une expérience de la programmation ou de la bioinformatique est souhaitable.
(4) Solides compétences en communication orale et écrite en anglais (la langue de travail pour les sciences au CEFE est l'anglais).

Contraintes et risques

Il n'y a pas de risque particulier associé à ce poste