Thèse OT-21934

Thèse INRAE-CIRAD : Utilisation de l’information génomique pour caractériser l’adaptation et la vulnérabilité des races bovines locales européennes et d’Afrique subsaharienne au changement climatique.

34398 Montpellier

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Présentation INRAE

L’Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (INRAE) est un établissement public de recherche rassemblant une communauté de travail de 12 000 personnes, avec 272 unités de recherche, de service et expérimentales, implantées dans 18 centres sur toute la France. INRAE se positionne parmi les tout premiers leaders mondiaux en sciences agricoles et alimentaires, en sciences du végétal et de l’animal. Ses recherches visent à construire des solutions pour des agricultures multi-performantes, une alimentation de qualité et une gestion durable des ressources et des écosystèmes.

Environnement de travail, missions et activités

 Missons et activités confiées :

Résumé de la problématique de recherche :

La diversité génétique domestique intraspécifique constitue un des leviers pour accroître la résilience des systèmes d’élevages face au changement climatique. Les races locales d’animaux d’élevage, bien adaptées à leurs environnements et leurs contextes d’élevage respectifs, mais néanmoins menacées d’érosion génétique, représentent des ressources génétiques à préserver. Afin d’orienter leur conservation et leur utilisation dans différents contextes agroécologiques, ce sujet de thèse propose d’appliquer pour la première fois aux races bovines locales, en Europe et en Afrique subsaharienne, une démarche globale et générique (i) de caractérisation de leur diversité génétique actuelle à partir de données génomiques de nouvelle génération et (ii) d’estimation de leur potentiel de conservation et d’adaptation au changement climatique.

Après une étape préalable d’étude de l’histoire démographique fine de certaines races bovines pour mieux caractériser leur environnement passé, et des bases génétiques de leur adaptation actuelle, la thèse a l’ambition d’appliquer à un panel de races européennes et africaines des approches novatrices de production d’indicateurs de vulnérabilité visant à estimer leur fardeau génétique et à prédire leur degré de (mal)adaptation au changement climatique dans leurs zones géographiques d’origine et dans d’autres contextes agro-environnementaux.

Contexte :

L’utilisation de la diversité génétique domestique apparaît indispensable pour accroître la résilience des systèmes d’élevages afin de relever les grands enjeux de sécurité alimentaire, d’adaptation au changement climatique et d’atténuation de ce changement. Les races locales de ruminants, très bien adaptées à leurs environnements respectifs, représentent des ressources génétiques précieuses à conserver et à utiliser au mieux sur leurs territoires et dans d’autres contextes environnementaux. Ces races, élevées dans des systèmes d’élevage familiaux, pastoraux et agropastoraux, assurent en effet des rôles multiples pour les populations locales (fourniture de denrées alimentaires, épargne, travail, services écosystémiques et rôles culturels). Elles représentent également un réservoir de diversité à utiliser au sud et au nord pour faire face au changement climatique. Malgré leur importance économique, écologique et sociétale, on constate une érosion de leur diversité génétique due à différents facteurs parmi lesquels la pratique de croisements non contrôlés et la diffusion de races exotiques jugées plus productives jouent un rôle prépondérant (FAO ; Bruford et al. 2015).

S’il apparaît important de mieux comprendre leur histoire démographique et les bases génétiques de leur adaptation actuelle, il est également nécessaire d’estimer leur vulnérabilité au changement climatique en zones tempérées et tropicales afin d’orienter les démarches de conservation et d’utilisation de ces races dans des systèmes d’élevages agroécologiques.

Principaux objectifs :

Ce sujet de thèse propose d’appliquer à un panel de races bovines locales vivant en milieux tempéré et tropical (races bovines européennes et d’Afrique subsaharienne), une démarche globale et générique de caractérisation de la diversité génétique actuelle des races locales, et de production d’indicateurs de vulnérabilité (estimation de leur potentiel de conservation et prédiction de leur adaptation ou maldaptation au changement climatique).

A partir de données génomiques de nouvelle génération (génotypes à haute densité et séquences génomiques complètes), la thèse a pour objectifs spécifiques :

(i) de retracer l’histoire démographique fine des races bovines d’Afrique subsaharienne le long du transect est-ouest (p. ex. en identifiant et en datant des événements de métissage ou en estimation les tailles efficaces passées des populations), pour avoir une meilleure idée du contexte environnemental passé des populations,

(ii) d’identifier les bases génétiques de l’adaptation actuelle des races bovines européennes et africaines au climat (en recherchant des gènes sous sélection naturelle et associés à des variables climatiques) et

(iii) d’estimer leur fardeau génétique, et leur potentiel d’adaptation ou leur maladaptation aux conditions climatiques futures en Europe et en Afrique en considérant plusieurs scénarios climatiques et en appliquant différentes approches statistiques.

Méthodes :

Toutes les données génomiques (données de génotypage à haute densité et séquences génomiques individuelles) nécessaires à la réalisation de ce projet sont déjà disponibles. Les données climatiques seront extraites de bases de données publiques.

L’inférence de paramètres démographiques à partir de ces données génomiques (apparentement moyen, consanguinité récente, estimation des proportions d’ascendance, des dates de métissage et de la taille efficace des populations) sera réalisée à l’aide de scripts R dédiés et des logiciels RZooRoH (Bertrand et al. 2019), poolfstat (Gautier et al. 2022), ALDER (Loh et al. 2013) et GONE (Santiago et al. 2020). Cette approche a déjà été appliquée avec succès chez les zébus de l’ouest de l’Océan Indien (Magnier et al. 2022).

Les signaux de sélection dans le génome seront recherchés avec les méthodes exploitant l’étendue du déséquilibre de liaison (Voight et al. 2006 ; Tang et al. 2007) à l’aide du package R rehh (Gautier, 2012 ; Gautier et al. 2017) ou la différentiation génétique en utilisant le logiciel BayPass (Gautier, 2015) et/ou hapFLK (Fariello et al., 2017). Les analyses d’association avec les différentes variables climatiques seront réalisées avec le logiciel BayPass et/ou LFMM2 (Caye et al. 2019).

Les variants seront identifiés à partir de séquences génomiques complètes (vcf/bcf tools de samtools, http://samtools.sourceforge.net/) et annotés fonctionnellement en utilisant notamment VEP (https://www.ensembl.org/info/docs/tools/vep/index.html). Cette annotation, visant à caractériser l’impact des mutations sur le niveau d’expression des gènes candidats et sur la structure elle-même des protéines produites, sera une information pertinente pour hiérarchiser les gènes candidats au sein des régions sous sélection et des régions associées au climat. Les gènes candidats, ensuite annotés en termes de fonctions et de voies biologiques (à l’aide des logiciels Ingenuity Pathway Analysis et Cytoscape) pointeront vers les principaux réseaux de gènes impliqués dans l’adaptation. Le fardeau génétique total de chaque race sera également estimé à partir de l’annotation fonctionnelle des mutations identifiées en évaluant leur niveaux de polymorphismes relatifs selon leur degré de sévérité.

Pour prédire la vulnérabilité des races au changement climatique, nous nous appuierons sur les différentes méthodes d’estimation du « Genetic Offset » basées sur le Gradient Forest (Fitzpatrick & Keller, 2015), la Redundancy Analysis (Capblancq & Forester, 2021) ou le modèle linéaire implémenté dans le package LEA (Gain & François, 2021 ; Gain et al., 2023). D’autres méthodes en cours de développement (Gautier, en préparation) pourront également être testées dans notre contexte.

Formations et compétences recherchées

Master/Ingénieur (Bac+5)

- Formation en génétique et biologie évolutive

¡ Connaissances souhaitées (domaines à connaître) :

- Maîtrise d’au moins un langage de programmation pour l'analyse de données génomiques

¡ Expérience appréciée (durée + domaines) :

Connaissance de l’environnement linux appréciée

¡ Aptitudes recherchées (qualités) :

- Organisation, rigueur, sens de l'initiative et bon relationnel.

Votre qualité de vie à INRAE

 

-  jusqu'à 30 jours de congés + 15 RTT par an (pour un temps plein)
- d'un soutien à la parentalité : CESU garde d'enfants, prestations pour les loisirs ;
- de dispositifs de développement des compétences : formation, conseil en orientation professionnelle ;
- d'un accompagnement social : conseil et écoute, aides et prêts sociaux ;
- de prestations vacances et loisirs : chèque-vacances, hébergements à tarif préférentiel ;
- d'activités sportives et culturelles ;
- d'une restauration collective.

Modalités pour postuler

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Référence de l'offre

  • Contrat : Thèse
  • Durée : 36 mois
  • Début du contrat : 01/10/2024
  • Rémunération : 2100 € brut/mois en 2024
  • N° de l'offre : OT-21934
  • Date limite : 06/06/2024
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