Mots-Clés
Bioinformatique, Eléments Transposables, k-mers répétés, Datation moléculaire, Phylogénie, Evolution
Description
Caractérisation via les k-mers répétés des éléments transposables chez la canne à sucre (Saccharum sp), implications pour la reconstruction de scénarios évolutifs
Renseignements sur l’équipe d’acceuil:
CIRAD, AGAP Institut
équipe Structure et Evolution des Génomes (SEG)
Campus de Lavalette - Avenue Agropolis - 34398 Montpellier
Site Web: https://umr-agap.cirad.fr/nos-recherches/equipes-scientifiques/structure-et-evolution-des-genomes
Responsable du stage : Olivier Garsmeur (garsmeur@cirad.fr) et Angélique D’Hont (dhont@cirad.fr)
Co-encadrants : Simon Rio (simon.rio@cirad.fr)
Montant des indemnités de stage : environ 550€/mois
La date de début de stage 10/01/2026 est indiquée à titre informatif, elle peut être aménagée en fonction des disponibilité du stagiaire
Durée du stage: 6 mois
Sujet du stage:
Les cultivars modernes de canne à sucre (Saccharum sp.) présentent un génome particulièrement complexe, hautement polyploïde (2n=12x=120) et issus d’hybridations interspécifiques impliquant notamment l’espèce domestiquée sucrée Saccharum officinarum et l’espèce sauvage Saccharum spontaneum. Notre équipe utilise des approches de génomique et de cytogénétique pour mieux comprendre l’architecture, la diversité et l’origine de ces génomes complexes (Garsmeur et al. 2018 ; Piperidis & D’Hont 2020 ; Pompidor et al. 2021).
Nous avons récemment produit, en collaboration avec le Joint Genomic Institute (USA), une séquence de référence du génome du cultivar R570 (Healey et al, 2024) ainsi que des données de séquençage WGS (whole genome sequence) de 300 accessions représentatives de la diversité du genre Saccharum. Nous avons développé une nouvelle approche et des outils bioinformatiques (KmerCity & AdmixKmer) qui permettent de caractériser la distribution des éléments transposables (TE) en utilisant les k-mers répétés.
Ceci nous a permis :
i) d’identifier des ensembles de k-mers répétés représentatifs des espèces ou de sous-groupes d’espèces et de montrer qu’ils correspondent à des éléments transposables,
ii) à partir de leur distribution au sein du genre, d’affiner le scénario de domestication et diversification de la canne à sucre,
iii) de découvrir un taxon inconnu qui a contribué aux génomes d’une grande partie des cultivars modernes
D’autre part, nous avons identifié des ensembles de k-mers répétés qui ne sont partagés qu’entre certains sous-groupes, soulevant de nouvelles interrogations.
Les objectifs de ce stage consisteront, à partir des jeux de k-mers identifiés comme représentatifs des espèces ou sous-groupes de Saccharum, à caractériser les TEs correspondants et leur dynamique d’insertion pour en déduire des scénarios d’évolution au sein des Saccharum.
Les travaux consisteront à :
• Identifier les TEs correspondant aux k-mers répétés représentatifs des espèces ou sous-groupes : cette analyse s’appuiera notamment sur l’annotation existante des TEs dans le génome de référence du cultivar R570.
• Réaliser des arbres phylogénétiques à partir des TEs identifiés
• Dater les « burst » de TEs:
Pour cela nous exploiterons la divergence (taux de mutation) entre les séquences des deux Long Terminal Repeats (LTRs) des éléments de type LTR-rétrotransposons qui sont les types de TE les plus fréquents chez la canne à sucre et correspondent à environ 95 % des k-mers identifiés.
• Déduire des scénarios d’évolution :
Nous utiliserons ces d’information ainsi que la distribution de ces TEs sur le génome et au sein des sous-groupes Saccharum pour en déduire des scénarios d’évolution au sein des Saccharum.
Compétences et connaissances souhaitées :
• langage de programmation (perl, python ou R)
• connaissances en génomique
• traitement de données de séquençage
Références de l’équipe en lien avec le stage proposé :
Garsmeur O., Rio S., … D’Hont A. The genomic footprints of wild Saccharum species trace domestication, diversification and modern breeding of sugarcane (accepté dans la revue Cell)
Healey, A.L., Garsmeur, O., Lovell, J.T. et al. (2024) The complex polyploid genome architecture of sugarcane. Nature 628, 804–810. https://doi.org/10.1038/s41586-024-07231-4
Piperidis, N. and D’Hont, A. (2020) Sugarcane genome architecture decrypted with chromosome-
specific oligo probes. Plant J, 103: 2039-2051. https://doi.org/10.1111/tpj.14881
Garsmeur, O., Droc, G., Antonise, R. et al. (2018) A mosaic monoploid reference sequence for the
highly complex genome of sugarcane. Nat Commun 9, 2638. https://doi.org/10.1038/s41467-018-05051-5