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PHENOTYPAGE HAUT-DEBIT

Co-Animateurs-Animatrice :

  • Violaine Llaurens (ISYEB, UMR 7205, Paris)
  • Christophe Salon (GEAPSI - INRAE, Dijon
  • Olivier Tenaillon (IAME, UMR 1137 INSERM, Paris)

 

Phénotypage haut débit

Les méthodes de séquençage ont connu des avancées technologiques majeures durant les dernières décennies, ouvrant l’accès aux génomes et transcriptomes complets de multiples organismes. Face au volume gigantesque de ces données de séquences, la quantification à large-échelle des phénotypes des organismes séquencés soulève des défis méthodologique et technique. Le but de cet atelier sera d’établir l’état actuel du phénotypage haut-débit et les avancées en cours, les perspectives attendues. Il s’agira de discuter des défis rencontrés dans les différents organismes étudiés, depuis la collecte des données jusqu’à leur analyse.

Quels organismes ?

Le phénotypage haut-débit est bien développé pour une diversité d’espèces végétales, avec en particulier le développement de dispositifs de cultures, de systèmes d’acquisition de données (e.g. par imagerie ou concernant les variables environnementales) et leur traitement, de plateformes robotisées que ce soit en conditions contrôlées ou en conditions naturelles, pour les parties aériennes ou souterraines des plantes. Ces outils et infrastructures équipées pour la quantification de certains traits phénotypiques, le plus souvent par imagerie, ne semblent pas aussi développées pour appréhender la diversité phénotypique d’autres organismes non végétaux. 

Le phénotypage haut-débit semble notamment dépendre de la capacité à faire pousser ou élever les organismes en conditions de laboratoire, ou tout du moins en conditions contrôlées. Ainsi le phénotypage haut-débit des bactéries est également très développé. Établir des méthodes permettant le phénotypage d’espèces non-modèles paraît donc comme un des défis importants dans les études en écologie et évolution. Le développement de telles méthodes pourra permettre le phénotypage d’un grand nombre d’individus et d’espèces, ouvrant de nouvelles pistes de recherche.

Quels traits ?

Selon la nature des traits étudiés, la disponibilité de méthodes de phénotypage haut-débit est très différente.

Une question d’échelle.

Pour des traits à échelle moléculaire, tels que le transcriptome, le métabolome ou les profils chimiques, la plupart des techniques employées peuvent être appliquées sur un grand nombre d’individus en parallèle.

De la même manière, à l’échelle cellulaire, le marquage des cellules avec des codes barres génétiques couplés à du séquençage permet de caractériser des centaines à des milliers de génotypes différents, mais la plupart du temps, seul un trait est mesuré (une fluorescence révélant l’induction d’un gène, ou une valeur sélective).

A l’échelle macroscopique, des techniques d’analyse d’image dans différentes longueurs d’ondes actuellement en développement donnent accès à des variables morphométriques. Les méthodes de comparaison (morphologie géométrique traditionnelles ou impliquant de l’apprentissage automatisé) contribuent à établir des liens statistiques entre variations génétiques et phénotypiques.

 Traits comportementaux.

Chez les animaux, la dimension comportementale implique un phénotypage éminemment multi-varié. Les méthodes d’analyse d’images et d’apprentissage supervisé permettent d’analyser un grand nombre de séquences comportementales filmées dans des conditions diverses. Les bases génétiques impliquées dans des comportements clefs comme les préférences sexuelles restent toutefois encore très mal connues, du fait de la difficulté à mesurer de manière répétable et fiable ces traits comportementaux sur de nombreux individus, et donc à cartographier et identifier les gènes impliqués.

Lien avec la valeur sélective.

Certains traits sont directement liés à la valeur sélective comme par exemple le taux de croissance chez les bactéries. Pour d’autres traits, le lien avec la valeur sélective n’est pas toujours établi. Dans le but de comprendre les mécanismes impliqués dans l’évolution des traits, le phénotypage des traits doit être couplé à l’étude des conséquences sur la fitness. Pour des traits morphologiques par exemple, les traits choisis seront liés à la performance des individus dans un contexte écologique donné. Le choix des traits à étudier dépend donc du lien avec la valeur sélective pour des questions évolutives, ou de leur implication dans l'interaction avec d’autres espèces dans le cadre de questions écologiques. La grande diversité des traits étudiés dans les domaines de l’INEE suppose de développement de techniques de phénotypages haut-débit adaptées et diverses.

Quels stades développementaux ?

Pour permettre des comparaisons pertinentes entre individus ou entre espèces, le phénotypage haut-débit implique de pouvoir caractériser ou controler de manière fine le stade développemental auquel le trait est mesuré. Ceci est d’autant plus difficile que la fenêtre temporelle au cours de laquelle le trait comportemental peut être mesuré est courte. Pour des questions liées à la biologie du développement notamment, le phénotypage haut-débit peut également nécessiter des mesures de traits répétées au cours du développement des différents individus étudiés.

Quelles conditions environnementales ?

Enfin, les phénotypes mesurés dépendent fortement des conditions environnementales dans lesquelles les individus se développent et sont observés (plasticité phénotypique). Ainsi, une approche haut-débit peut également impliquer une mesure d’un même trait dans des conditions environnementales multiples.

 

CS INEE : Patricia Gibert, Frédéric Méry

CNRS-INEE : Didier Bouchon, Agnès Mignot

 

CONSULTER LES CONTRIBUTIONS : https://prospectives21.sciencesconf.org/browse/session?sessionid=63856

 

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