UMR DIADE Diversité Adaptation et DEveloppement des plantes

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Les projets de recherche de l’UMR DIADE (DIversité Adaptation et DEveloppement des plantes) visent à comprendre la nature et le rôle des mécanismes de diversification structurale et fonctionnelle du génome des plantes tropicales, de la diversité et structures de leurs populations au cours des processus de spéciation, d’adaptation aux variations naturelles du milieu ou aux modifications d’origine anthropique.

Les recherches font appel à un «cœur de métier» principalement fondé sur la génétique, l’épi-génétique, la biologie du développement, la physiologie, la systématique, l’évolution, mais intègrent aussi, lorsque les projets collaboratifs le demandent, d’autres approches telle que la modélisation, la télédétection, l’écologie,.... Les systèmes d’étude s’appuient généralement sur la confrontation de plantes modèles (riz, Arabidopsis, tomate, peuplier) et d’espèces d’intérêt agronomique ou écologique (caféiers, filaos, ignames, maïs, palmiers, mils).

Différents niveaux d’analyse, de la cellule au complexe d’espèces, sont considérés. Ainsi, on aborde :

  • la régulation fine de l’expression de gènes clefs du développement ;
  • le contrôle des transitions développementales ;
  • l’histoire évolutive de familles de gènes ;
  • les déterminants moléculaires (gènes ou réseaux de gènes) de la variation phénotypique de caractères d’intérêt agronomique ou écologique ;
  • la dynamique et la plasticité des génomes, la dynamique et la diversité des populations en réponse à des facteurs écologiques et humains (structuration de la diversité génétique, adaptation aux changements du milieu, domestication) ou biologiques (chocs génomiques).

Ces recherches s’inscrivent dans le domaine de la biologie fonctionnelle et évolutive. Elles intègrent l’expertise acquise par les équipes pour les différents systèmes biologiques considérés mais aussi les outils et concepts de la génomique moderne. Ces derniers ont radicalement modifié notre connaissance du fonctionnement des génomes, des mécanismes de l’hérédité ainsi que notre appréciation de la contribution du génotype au phénotype.

En effet, l’analyse des génomes, de l’expression des gènes et de la diversité des populations connaît un véritable changement d’échelle grâce à l’essor des méthodes de séquençage à haut débit, aujourd’hui accessibles à des coûts de plus en plus faibles. Cependant, cette révolution technologique nécessite un important travail de gestion et d’analyse des données faisant appel notamment à la bioinformatique. Pour accompagner ces nouvelles approches, nous renforçons les compétences des équipes en gestion bioinformatique par la poursuite et le développement de collaborations (exemple : IGH, CIRAD, ISEM) mais aussi par une politique de recrutement qui, en accord avec le Département Ressources Vivantes de l’IRD, vise à recruter deux ingénieurs. Ces nouvelles compétences permettent la constitution d’un service de soutien en bioinformatique aux activités de recherche des équipes. Sa réussite est une priorité du futur quadriennal.

Les résultats de nos travaux doivent contribuer, d’une part à la production de connaissances fondamentales, mais d’autre part à des aspects d’applicabilité et la contribution à de très grands Projets Prioritaires de Recherche (PPR) programmés par l’IRD pour le prochain quadriennal. Ainsi, en biologie végétale, nous poursuivons aussi bien des travaux nécessaires au développement de nouvelles stratégies visant à la sécurité alimentaire des communautés du Sud que des études visant à la préservation des ressources génétiques et des écosystèmes qu’elles exploitent. Les espèces tropicales constituent un des principaux réservoirs originaux de la biodiversité dont la conservation, la gestion et l’exploitation sont un enjeu important pour le développement durable.

Au niveau de la formation universitaire, notre contribution est très fortement amplifiée du fait de la co-tutelle IRD - UMSF qui se traduit par l’augmentation à 6 du nombre d’enseignant – chercheurs intégrés à l’UMR. A Montpellier, la mise en place de nouveaux masters conforte la place de l’UMSF en tant que centre européen dédié à la biologie végétale tropicale. La connexion forte, au niveau international, avec la mise en place d’un Master de Biologie Végétal International «Afrique – Madagascar» et la production de support e-learning est un atout supplémentaire. Par ailleurs, les chercheurs de l’UMR continuent à assurer des enseignements à l’étranger.  

 

capmeditrop1.jpgLe bâtiment de CapMeditrop © Serge Hamon

Thèmes et projets de recherche

Thème 1 : Etude du développement chez les plantes : analyse comparative et méthodologie

L’étude du développement d’un organisme requiert la formulation de concepts basés sur une approche intégrative de génétique et génomique fonctionnelle, biologie cellulaire et biochimie. Le développement est également une composante importante de l’adaptation, adaptation rapide à l’environnement à l’échelle de la vie de la plante et adaptation évolutive. Les espèces modèles bénéficiant d’outils (collections de mutants, génomes séquencés) offrent la possibilité d’aller plus rapidement dans la compréhension de mécanismes complexes. Ainsi, l’étude comparative du développement représente un moyen d’accélérer les recherches sur des plantes non modèles. A l’inverse, elle permet d’identifier chez les plantes modèles, les gènes participant aux mécanismes immuables du processus de développement de ceux qui sont impliqués dans des spécificités d’espèces. L’UMR DIADE puise sa force dans la diversité des plantes étudiées. La rencontre des chercheurs de l’UMR sur le thème du développement a pour objectif de renforcer la synergie entre les équipes et de retirer la valeur ajoutée de cette diversité.

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Thème 2 : Phylogéographie et biogéographie évolutive

Les études génétiques et génomiques sur les plantes cultivées qui constituent le centre d’intérêt des équipes impliquées, débouchent naturellement sur des problématiques d’évolution comparative plus larges, incluant les espèces et genres proches. Ces problématiques font appel à la phylogénie et à ses implications au regard de la distribution des espèces (biogéographie). Ainsi, l’étude des riz amène à se pencher sur la phylogénie des Ehrhartoideae (Equipe DYNADIV), l’étude des caféiers débouche sur la phylogénie des Rubiacées (Equipe EVODYN), celle des Ignames sur la phylogénie des Dioscoreales (Equipe DYNADIV), l’étude du déterminisme de la dioécie chez les palmiers s’appuie sur la phylogénie de la famille des Arecaceae (Equipe BDP). Jusqu’à présent, ces problématiques sont déconnectées. Pour autant, les questions d’intérêts sont généralement communes :

  • L’étude des cas de spéciation radiative et disparités d’évolution selon les régions (insulaires vs continental, paléo- vs néo-tropical) ;
  • Les patrons adaptatifs en relation avec la phylogénie ;
  • L’évolution moléculaire comparative ;
  • Le rôle de l’hybridation dans l’évolution.

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© Olivier Leblanc


Thème 3 : Adaptation

Plusieurs équipes au sein de l’UMR s’intéressent à l’adaptation des plantes aux contraintes environnementales. Mais, suivant les domaines de recherche concernés, le terme «adaptation» revêt différents sens et son étude met en jeu des méthodologies différentes. Ainsi, pour les généticiens et les évolutionnistes, les études s’appuieront sur l’analyse de la diversité génétique et la génomique comparative, alors que, pour les physiologistes, elles rechercheront les mécanismes mis en jeu par la plante en présence de contrainte environnementale. Une animation transversale de recherche sur le thème de l’adaptation permettrait tout d’abord de développer une réflexion autour du sens que chaque équipe donne à ce terme. Cette réflexion devrait permettre de :

  • Tenir compte des différentes échelles d’étude abordées par chaque équipe, par exemple au niveau du temps (réponse à un stress vs acclimatation) ou de la population (individu -ou organe- vs population -ou espèce-) ;
  • Comparer les approches, les méthodologies et les outils développés par chacun ;
  • Créer une dynamique inter-équipes visant à développer des outils communs et des actions conjointes pluridisciplinaires en vue de répondre à des appels à projet

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© Perla Hamon


Thème 4 : Conservation des ressources génétiques (ex situ )

Les ressources génétiques (RG) sont à la base de nombre des activités de recherche conduites dans l’UMR. Pour ce qui concerne leur conservation, on rencontre des situations différentes selon les plantes étudiées au sein de l’UMR : certaines espèces (riz, maïs, mil, Casuarina ) ont des semences orthodoxes dont la conservation à long terme ne pose pas de problèmes. Par contre, les RG d’autres plantes ne peuvent être conservées sous forme de semences, car ces espèces produisent des semences non orthodoxes (caféiers, nombreux palmiers) ou sont multipliées par voie végétative (ignames).

Des recherches ont été et seront conduites au sein de l’UMR en relation avec la conservation des RG de ces espèces :

  • utilisation des biotechnologies (culture in vitro , cryoconservation) pour leur conservation ex situ à long terme (caféier, palmier à huile, igname) (EVODYN, BDP Palmiers) ;
  • étude de certains mécanismes biologiques et physiques en relation avec la cryoconservation (caféier, palmier) ;
  • étude des processus de domestication et conservation in situ /on farm (ignames) (Dynadiv).

De nouvelles initiatives voient le jour en relation avec la conservation des RG, telles que : Projet ARCAD recherche et infrastructures ; Projet CRB caféiers La Réunion/Montpellier ; Projet IBiSA CRYOVEG ; Projet institut méditerranéen du palmier dattier. 

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© Isabelle Sylvestre 

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 © Perla Hamon

 

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© Claudine Franche

 

 © UMR DIADE (Diversité Adaptation et DEveloppement des plantes) - IRD Montpellier - France