Encadrant de la thèse : Hugues ROEST CROLLIUS
Laboratoire d’accueil : Dynamique et Organisation des Génomes (DYOGEN), Institut de Biologie de l’ENS (IBENS), UMR 8197, 46 rue d’Ulm, 75005 Paris
Ecole doctorale de rattachement : ED657 – Science du Vivant, Université PSL
Projet ciblé ATLASea impliqué : BYTE-Sea
Ressources disponibles pour la thèse dans le laboratoire d’accueil : Le.la doctorant.e sera accueillie à l’Institut de Biologie de l’ENS, situé dans le centre de Paris (IBENS). L’IBENS comprend environ 30 équipes de recherche couvrant de nombreuses disciplines, plusieurs plateformes techniques de haut niveau dont un cluster de calcul (4000 CPU et 13 GPU). L’IBENS accueille une grande diversité de nationalités et comprend une association d’étudiants et post-doc dynamique.
Profil et compétences recherchées : Candidat.e. ayant des connaissances en évolution, des compétences en bioinformatique (capacité à programmer), une expérience en génomique comparative.
Résumé du projet
Un des grands enjeux de la génomique actuelle est de comprendre l’évolution des génomes, pour faire le lien entre le génotype et les phénotypes à travers le prisme de l’évolution et de l’adaptation des espèces. La génomique comparative bénéficie aujourd’hui d’un apport phénoménal de données nouvelles, grâce aux grands projets de séquençage de la biodiversité sous l’égide du Earth Biogenome Project, dont fait partie ATLASea. Ces données massives constituent un matériau idéal pour identifier des relations génotype–phénotype en mobilisant des approches de génomique « forward » ou « reverse », consistant à associer des signatures génomiques à des changements phénotypiques.
Depuis plusieurs années, l’équipe s’intéresse particulièrement aux génomes de poissons, qui ont subi une duplication complète du génome avant la grande radiation des Téléostéens, à l’origine d’environ 30 000 espèces actuelles. Le projet de thèse s’appuiera sur l’expertise de l’équipe en bioinformatique et en génomique comparative des poissons afin de développer et appliquer ces stratégies à des cas connus d’évolution convergente chez les Téléostéens. L’évolution convergente — où un même phénotype apparaît ou disparaît indépendamment dans plusieurs lignées — constitue un cadre particulièrement puissant pour identifier des relations génotype–phénotype, car elle repose sur des observations répliquées naturellement. De nombreux exemples sont documentés chez les poissons, notamment :
- L’émergence du caractère amphibie,
- L’émergence de la viviparité,
- Des adaptations d’osmorégulation,
- L’émergence de l’endothermie,
- Des durées de vie extrêmement courtes ou longues,
- La perte de la vessie natatoire, de l’estomac, des écailles ou des nageoires.
Une approche plus exploratoire sur l’évolution convergente de traits de vie ou de caractères morphologiques sera également testée, à l’aide de données collectées dans les bases de données FishBase et Encyclopedy of Life (EOL). L’approche consistera à construire des jeux de données de référence comprenant :
- Des phylogénies de gènes codant pour des protéines,
- Des familles d’éléments non codants conservés (CNE).
Plus de 600 génomes de poissons de haute qualité sont actuellement disponibles et fourniront les données nécessaires pour établir des sous-ensembles pertinents (familles de gènes, alignements multiples de génomes, etc.).
Lorsque aucun élément génomique spécifique (gène ou CNE) ne pourra être directement associé à un phénotype d’intérêt via des schémas discrets de rétention ou de perte, deux stratégies complémentaires seront mises en œuvre afin d’élargir le spectre des déterminants génétiques considérés :
- Extension du contexte biologique. Les annotations fonctionnelles (Gene Ontology, voies métaboliques, relations de paralogie) seront utilisées pour replacer les gènes dans un cadre fonctionnel élargi.
- Analyse des variations continues des taux d’évolution moléculaire. Plutôt que de se limiter à une logique binaire présence/absence, un signal continu de variation des taux d’évolution sera mesuré le long des phylogénies, afin de détecter des accélérations ou des contraintes évolutives associées aux phénotypes étudiés.
Ce projet offre une opportunité exceptionnelle de tirer parti de l’abondance croissante de génomes téléostéens de haute qualité produits ATLASea et d’autres programmes de séquençage de la biodiversité, afin d’explorer de manière intégrée les bases génétiques de l’innovation phénotypique chez les poissons.
mot clés : Evolution, Génomique comparative, Bioinformatique, Phénotypes, Poissons téléostéens, Biologie marine