Intermediate degrees of synergistic pleiotropy drive adaptive evolution in ecological time

Autor: Etienne Baron, Olivier Bouchez, Renaud Vitalis, Laurent Amsellem, Sébastien Carrère, Cyril Libourel, Fabrice Roux, Cédric Glorieux, Joy Bergelson, Marie Vidal, Léa Frachon, Romain Villoutreix, Carine Huard-Chauveau, Miguel Navascués, Valérie Le Corre, Dominique Roby
Přispěvatelé: Laboratoire des interactions plantes micro-organismes (LIPM), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Évolution, Écologie et Paléontologie (Evo-Eco-Paleo) - UMR 8198 (Evo-Eco-Paléo), Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre de Biologie pour la Gestion des Populations (UMR CBGP), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Université de Montpellier (UM)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro), Institut de Biologie Computationnelle (IBC), Université de Montpellier (UM)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Amélioration génétique et adaptation des plantes méditerranéennes et tropicales (UMR AGAP), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Génome et Transcriptome - Plateforme Génomique (GeT-PlaGe), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Plateforme Génome & Transcriptome (GET), Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Génétique Physiologie et Systèmes d'Elevage (GenPhySE ), École nationale supérieure agronomique de Toulouse [ENSAT]-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Département de Génétique Animale [Toulouse], Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Agroécologie [Dijon], Université de Bourgogne (UB)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-AgroSup Dijon - Institut National Supérieur des Sciences Agronomiques, de l'Alimentation et de l'Environnement, Department of Ecology and Evolution [Chicago], University of Chicago, This work was funded by the Region Midi-Pyrenees (CLIMARES project), the INRA Sante des Plantes et Environnement department (RESURRECTION project), the INRA-ACCAF metaprogram (SELFADAPT project), the LABEX TULIP (ANR-10-LABX-41, ANR-11-IDEX-0002-02) and the National Institute of Health., ANR-11-IDEX-0002,UNITI,Université Fédérale de Toulouse(2011), ANR-10-LABX-0041,TULIP,Towards a Unified theory of biotic Interactions: the roLe of environmental(2010), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro), GeT PlaGe, Genotoul, INRA, Laboratoire des Interactions Plantes-Microorganismes (LIPM), UMR441, Castanet Tolosan, France, Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université de Bourgogne (UB)-AgroSup Dijon - Institut National Supérieur des Sciences Agronomiques, de l'Alimentation et de l'Environnement, Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Évolution, Écologie et Paléontologie (Evo-Eco-Paleo) - UMR 8198 (Evo-Eco-Paléo (EEP)), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL), Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-École nationale supérieure agronomique de Toulouse (ENSAT), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université de Bourgogne (UB)-AgroSup Dijon - Institut National Supérieur des Sciences Agronomiques, de l'Alimentation et de l'Environnement-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC), Laboratoire des interactions plantes micro-organismes ( LIPMO ), Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Évolution, Écologie et Paléontologie (Evo-Eco-Paleo) - UMR 8198 ( Evo-Eco-Paléo ), Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Centre de Biologie pour la Gestion des Populations ( CBGP ), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement ( CIRAD ) -Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques ( Montpellier SupAgro ) -Institut national de la recherche agronomique [Montpellier] ( INRA Montpellier ) -Université de Montpellier ( UM ) -Institut de Recherche pour le Développement ( IRD [France-Sud] ) -Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier ( Montpellier SupAgro ), Institut de Biologie Computationnelle ( IBC ), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement ( CIRAD ) -Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ) -Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique ( Inria ) -Université de Montpellier ( UM ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Amélioration génétique et adaptation des plantes méditerranéennes et tropicales ( UMR AGAP ), Institut national de la recherche agronomique [Montpellier] ( INRA Montpellier ) -Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques ( Montpellier SupAgro ) -Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement ( CIRAD ) -Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier ( Montpellier SupAgro ), Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ), GenPhySE - UMR 1388 ( Génétique Physiologie et Systèmes d'Elevage ), Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ) -École nationale supérieure agronomique de Toulouse [ENSAT]-ENVT, Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ) -Université de Bourgogne ( UB ) -AgroSup Dijon - Institut National Supérieur des Sciences Agronomiques, de l'Alimentation et de l'Environnement
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2017
Předmět:
Zdroj: Nature Ecology & Evolution
Nature Ecology & Evolution, Nature, 2017, 1 (10), pp.1551-1561. ⟨10.1038/s41559-017-0297-1⟩
Nature Ecology & Evolution, 2017, 1 (10), pp.1551-1561. ⟨10.1038/s41559-017-0297-1⟩
Nature Ecology & Evolution, Nature, 2017, 1 (10), pp.1551-1561. 〈10.1038/s41559-017-0297-1〉
ISSN: 2397-334X
DOI: 10.1038/s41559-017-0297-1⟩
Popis: International audience; Rapid phenotypic evolution of quantitative traits can occur within years, but its underlying genetic architecture remains uncharacterized. Here we test the theoretical prediction that genes with intermediate pleiotropy drive adaptive evolution in nature. Through a resurrection experiment, we grew Arabidopsis thaliana accessions collected across an 8-year period in six micro-habitats representative of that local population. We then used genome-wide association mapping to identify the single-nucleotide polymorphisms (SNPs) associated with evolved and unevolved traits in each micro-habitat. Finally, we performed a selection scan by testing for temporal differentiation in these SNPs. Phenotypic evolution was consistent across micro-habitats, but its associated genetic bases were largely distinct. Adaptive evolutionary change was most strongly driven by a small number of quantitative trait loci (QTLs) with intermediate degrees of pleiotropy; this pleiotropy was synergistic with the per-trait effect size of the SNPs, increasing with the degree of pleiotropy. In addition, weak selection was detected for frequent micro-habitat-specific QTLs that shape single traits. In this population, A. thaliana probably responded to local warming and increased competition, in part mediated by central regulators of flowering time. This genetic architecture, which includes both synergistic pleiotropic QTLs and distinct QTLs within particular micro-habitats, enables rapid phenotypic evolution while still maintaining genetic variation in wild populations.
Databáze: OpenAIRE
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