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International audience

Plant populations can undergo very localized adaptation, allowing widely distributed populations to adapt to divergent habitats in spite of recurrent gene flow. Neotropical trees whose large and undisturbed populations often span a variety of environmental conditions and local habitats are particularly good models to study this process. Here, we carried out a genome scan for selection through whole-genome sequencing of pools of populations, sampled according to a nested sampling design, to evaluate microgeographic adaptation in the hyperdominant Amazonian tree Eperua falcata Aubl. (Fabaceae). A high-coverage genomic resource of 250 Mb was assembled de novo and annotated, leading to 32,789 predicted genes. 97,062 bi-allelic SNPs were detected over 25,803 contigs, and a custom Bayesian model was implemented to uncover candidate genomic targets of divergent selection. A set of 290 divergence outlier SNPs was detected at the regional scale (between study sites), while 185 SNPs located in the vicinity of 106 protein-coding genes were detected as replicated outliers between microhabitats within regions. These genes potentially underlie ecologically important phenotypes and indicate that adaptation to microgeographic habitat patchiness would affect genomic regions involved in a variety of physiological processes, among which plant response to stress (for e.g., oxidative stress, hypoxia and metal toxicity) and biotic interactions. Identification of genomic targets of microgeographic adaptation in the Neotropics is consistent with the hypothesis that local adaptation is a key driver of ecological diversification, operating across multiple spatial scales, from large (i.e. regional) to microgeographic (i.e. landscape) scales.

Plant populations can undergo very localized adaptation, allowing widely distributed populations to adapt to divergent habitats in spite of recurrent gene flow. Neotropical trees - whose large and undisturbed populations often span a variety of environmental conditions and local habitats - are particularly good models to study this process. Here, we carried out a genome scan for selection through whole-genome sequencing of pools of populations, sampled according to a nested sampling design, to evaluate microgeographic adaptation in the hyperdominant Amazonian tree Eperua falcata Aubl. (Fabaceae). A high-coverage genomic resource of ∼250 Mb was assembled de novo and annotated, leading to 32,789 predicted genes. 97,062 bi-allelic SNPs were detected over 25,803 contigs, and a custom Bayesian model was implemented to uncover candidate genomic targets of divergent selection. A set of 290 divergence outlier SNPs was detected at the regional scale (between study sites), while 185 SNPs located in the vicinity of 106 protein-coding genes were detected as replicated outliers between microhabitats within regions. These genes potentially underlie ecologically important phenotypes and indicate that adaptation to microgeographic habitat patchiness would affect genomic regions involved in a variety of physiological processes, among which plant response to stress (for e.g., oxidative stress, hypoxia and metal toxicity) and biotic interactions. Identification of genomic targets of microgeographic adaptation in the Neotropics is consistent with the hypothesis that local adaptation is a key driver of ecological diversification, operating across multiple spatial scales, from large- (i.e. regional) to microgeographic- (i.e. landscape) scales.

Microgeographic adaptation in tree stands. ATBC 2016

Local adaptation to microgeographic habitat patchiness in Amazonian trees: example of the hyperdominant [i]Eperua falcata[/i] (Aubl.). ATBC 2016

Microgeographic variation in tropical trees: selection shapes intra-populational divergence at hundreds of loci. 15. ESEB Meeting

International audience

In the tropical rainforest of Amazonia, the factors driving the evolution of tree species remain poorly understood, and the relative influence of neutral and adaptive processes is continuously debated. In particular, local habitat patchiness draws much attention, as profound changes in the structure and composition of forest communities occur among micro-habitats. Thus, micro-environmental variations related to topography have frequently been invoked as drivers of adaptive radiation leading to sympatric speciation in Neotropical trees. On one hand, the hypothesis of local adaptation has never been investigated at the intra-specific level, i.e. within species currently undergoing population differentiation; on the other hand, many tree species are genetically structured over local scales due to neutral processes, mainly limited gene flow (caused by restricted pollen and seed dispersal). In this study, I used populations of a common tree species of the Guiana Shield - Eperua falcata (Fabaceae) - to study how neutral and adaptive processes shape the distribution of genetic diversity across forest landscapes characterized by local micro-habitat patchiness. I asked three main questions by combining both phenotypic (quantitative genetics) and molecular (population genetics) approaches: 1) How is the genetic diversity structured in forest landscapes of French Guiana? 2) Which evolutionary drivers are relevant to explain the structure of genetic diversity at local scale? 3) Does local adaptation contribute to structure genetic diversity within continuous populations?; En forêt tropicale humide Amazonienne, les facteurs gouvernant l'évolution des espèces d'arbres restent peu connus et continuellement débattus. En particulier, les micro-variations environnementales attirent beaucoup d'attention car elles induisent de profondes modifications de structure et composition des communautés. Les variations micro-environnementales associées à la topographie ont couramment été évoquées comme facteur de radiations adaptatives chez les espèces d'arbres. Cependant, l'hypothèse de l'adaptation locale n'a jamais été testée au niveau intra-spécifique chez les arbres de forêt amazonienne alors que l'on sait que la diversité génétique des arbres tropicaux est couramment structurée à faibles échelles spatiales par des processus neutres (en particulier du fait de restrictions de flux de gènes). Dans cette étude, j'ai étudié le processus de différentiation génétique d'une espèce d'arbre (Eperua falcata, Fabaceae) dans les paysages forestiers de Guyane française grâce à la combinaison d'une approche phénotypique (génétique quantitative) et d'une approche moléculaire (génétique des populations). Je me suis attachée à répondre à trois questions principales : 1) Comment se distribue la diversité génétique dans les paysages forestiers de Guyane française ? 2) Quelles forces évolutives sont impliquées dans le processus de différentiation génétique à faible échelle spatiale ? 3) Est-ce que le processus d'adaptation locale contribue à structurer la diversité génétique à faible échelle spatiale ?

In the tropical rainforest of Amazonia, the factors driving the evolution of tree species remain poorly understood, and the relative influence of neutral and adaptive processes is continuously debated. In particular, local habitat patchiness draws much attention, as profound changes in the structure and composition of forest communities occur among micro-habitats. Thus, micro-environmental variations related to topography have frequently been invoked as drivers of adaptive radiation leading to sympatric speciation in Neotropical trees. On one hand, the hypothesis of local adaptation has never been investigated at the intra-specific level, i.e. within species currently undergoing population differentiation; on the other hand, many tree species are genetically structured over local scales due to neutral processes, mainly limited gene flow (caused by restricted pollen and seed dispersal). In this study, I used populations of a common tree species of the Guiana Shield - Eperua falcata (Fabaceae) - to study how neutral and adaptive processes shape the distribution of genetic diversity across forest landscapes characterized by local micro-habitat patchiness. I asked three main questions by combining both phenotypic (quantitative genetics) and molecular (population genetics) approaches: 1) How is the genetic diversity structured in forest landscapes of French Guiana? 2) Which evolutionary drivers are relevant to explain the structure of genetic diversity at local scale? 3) Does local adaptation contribute to structure genetic diversity within continuous populations?, En forêt tropicale humide Amazonienne, les facteurs gouvernant l'évolution des espèces d'arbres restent peu connus et continuellement débattus. En particulier, les micro-variations environnementales attirent beaucoup d'attention car elles induisent de profondes modifications de structure et composition des communautés. Les variations micro-environnementales associées à la topographie ont couramment été évoquées comme facteur de radiations adaptatives chez les espèces d'arbres. Cependant, l'hypothèse de l'adaptation locale n'a jamais été testée au niveau intra-spécifique chez les arbres de forêt amazonienne alors que l'on sait que la diversité génétique des arbres tropicaux est couramment structurée à faibles échelles spatiales par des processus neutres (en particulier du fait de restrictions de flux de gènes). Dans cette étude, j'ai étudié le processus de différentiation génétique d'une espèce d'arbre (Eperua falcata, Fabaceae) dans les paysages forestiers de Guyane française grâce à la combinaison d'une approche phénotypique (génétique quantitative) et d'une approche moléculaire (génétique des populations). Je me suis attachée à répondre à trois questions principales : 1) Comment se distribue la diversité génétique dans les paysages forestiers de Guyane française ? 2) Quelles forces évolutives sont impliquées dans le processus de différentiation génétique à faible échelle spatiale ? 3) Est-ce que le processus d'adaptation locale contribue à structurer la diversité génétique à faible échelle spatiale ?

South Green (www.southgreen.fr) est une plateforme de bio-informatique dédiée `a la génétique et la génomique des plantes tropicales et méditerranéennes d'intérêt agronomique et de leurs pathogènes. Elle fédère un réseau de bio informaticiens appartenant à différentes unités et instituts de Montpellier (Bioversity International, CIRAD, INRA et IRD) soit environ une vingtaine de personnes en interaction avec les équipes de recherches, avec une expertise multidisciplinaire allant de l'intégration de données et de connaissance au développement de logiciels en bio-informatique, à l'analyse de données de séquençage (détection de polymorphismes et variants structuraux, pangénomique, métagénomique, analyse différentielle de données RNAseq) et le calcul haute performance. Le plateforme South Green a pour objectifs de : Promouvoir des outils originaux issus de la recherche méthodologique. Promouvoir l'interopérabilité des applications développées au sein du réseau. Centraliser l'ensemble des logiciels et systèmes d'information développées au sein d'un portail Web unique (http://www.southgreen.fr) Promouvoir les échanges et les développements collaboratifs Proposer des formations en bio-informatique, bio analyse de données et `a l'utilisation de clusters de calcul Promouvoir la démarche qualité au sein du réseau. Proposer un support pour le calcul à haute performance La plateforme assure le développement de systèmes d'informations et d'outils innovants, nécessaires aux projets scientifiques, réalises au sein de la plateforme et en lien avec l'analyse des données produites par les technologies de séquençage à haut débit (annotation des génomes et de transcriptomes, phylogénie, génotypage) tels que GreenPhylDB, SNiPlay, Gigwa ou AgroLD. Elle propose également des pipelines d'analyses de données de séquençage au travers de deux gestionnaires de workflows : Galaxy et TOGGLe. Enfin, impliquée dans plusieurs projets de séquençage international, elle possède une forte expertise en développement de ”génome hub” qu'elle a déployé sur de nombreuses plantes (bananier, caféier, manioc, cacaoyer) au niveau duquel sont disponibles de nombreuses applications utiles pour l'étude de ces génomes. La plateforme assure aussi des formations spécialisées en bio-informatique au niveau national et international (analyse des données de séquençage haut débit, Galaxy) et informatique (logiciel R, Perl, Linux). Les ressources sont disponibles sur le site https://southgreenplatform.github.io/trainings/. South Green s'inscrit dans le réseau des plateformes de l'Institut Français de Bio-informatique (IFB) et fait partie du réseau Renabi (Réseau national des plates-formes bio-informatiques).