Mots-Clés
modélisation
evolution in silico
morphogenese
Description
OFFRE DE STAGE:
PLEIOTROPIE ET CONVERGENCE ÉVOLUTIVE: la contrainte de pléiotropie a-t-elle façonné l’évolution morphologique des dents de rongeurs?
LABORATOIRE
LBMC – Laboratory of biology and modeling of the cell, Team CIGOGNE, ENS de Lyon
ENCADRANTS
Sophie Pantalacci (DR CNRS, evo-devo) sophie.pantalacci@ens-lyon.fr; Théotime Grohens (Post-doc, informaticien)
DURÉE
6 mois à partir de janvier/février 2027
CONTEXTE ET PROBLÉMATIQUE
La sélection naturelle est principalement décrite comme une force agissant sur des mutations se produisant de façon aléatoires dans les populations. Ce caractère hautement aléatoire de l’évolution est contredit par les cas de convergences évolutives, un phénomène où des organismes non directement apparentés évoluent des traits morphologiques ou fonctionnels similaires. La convergence nous interroge sur les mécanismes qui contraignent l’évolution dans des voies privilégiées. Ces contraintes peuvent se trouver à différents niveaux: contraintes fonctionnelles (e.g. physico-chimiques), contraintes développementales (e.g. le “développementalement possible”), contraintes génétiques (e.g. la ré-utilisation d’un nombre restreint de gènes pour différentes fonctions = la pléiotropie). Comment interagissent ces contraintes pour favoriser la convergence?
L’équipe étudie ce phénomène grâce aux dents de rongeurs, dont l’extraordinaire diversification est bien connue grâce au registre fossile. Certaines convergences sont très fréquentes (“l’hypsodontie”), d’autres plus rares (“le plan murin”). Nous proposons que ces directions évolutives s’expliquent, non seulement par l’adaptation à des nouveaux régimes alimentaires, mais aussi par l’interaction entre la contrainte de pléiotropie et les autres contraintes (développementale et fonctionnelle). En effet, la fonction de mastication est obtenue par l’interaction physique des molaires inférieures et supérieures, lesquelles se développent avec les mêmes gènes, à l’exception d’un gène d’identité propre à chaque molaire. Ces gènes codent pour des facteurs de transcription capables d’influencer l’expression des gènes spécifiquement dans chaque molaire. Cette contrainte génétique pourrait expliquer l’évolution répétée de l’hypsodontie, qui modifie les deux molaires de manière similaire et peut donc facilement se faire “avec la pléiotropie”, et plus rarement, l’évolution du plan murin qui modifie spécifiquement la molaire supérieure, et se fait donc “contre la pléiotropie”, mais qui pourrait exploiter une différence développementale ancestrale commune à tous les mammifères (REF1) .
L’objectif du stage est d’explorer cette hypothèse à l’aide d’un modèle d’évolution des molaires in silico, où il est possible de faire varier la contrainte de pléiotropie. Le modèle, déjà utilisé dans l’équipe (REF2), simule la régulation génétique par les gènes d’identité, propre à chaque dent, le développement des molaires inférieures et supérieures, et leur interaction fonctionnelle, dans une boucle de rétro-action évolutive. Nous avons déjà observé avec ce modèle que la contrainte de pléiotropie biaise les trajectoires évolutives2, mais les dents utilisées étaient très différentes de dents de rongeurs. Il s’agira dans un premier temps de modifier le modèle pour obtenir une morphologie et une occlusion mimant la situation ancestrale aux rongeurs, puis d’analyser les résultats de l’évolution in silico pour quantifier les différents chemins (génétiques, phénotypiques et fonctionnels) empruntés par l’évolution, selon que la contrainte de pléiotropie est ou non appliquée.
PROFIL RECHERCHÉ
● Étudiant·e en Master 2 ou en année de césure motivé.e par les approches théoriques
● Appétence pour le développement et l’évolution, et connaissances dans au moins l’un des deux domaines
● Prérequis en code : pratique de Python nécessaire, C++ ou Fortran appréciés
● L’étudiant.e aura l’envie de travailler dans une équipe multidisciplinaire (biologie du développement, génomique, évolution moléculaire).
RÉFÉRENCES
1- Comparative transcriptomics in serial organs uncovers early and pan-organ
developmental changes associated with organ-specific morphological adaptation
Sémon M, Mouginot M, Peltier M, Corneloup C, Veber P, Guéguen L, Pantalacci P. Nat. Comm 2025
Jan 17;16(1):768. doi: 10.1038/s41467-025-55826-w.
2- Pleiotropy accelerates tooth phenotypic and genomic evolution - An in silico study under the lens of development
Pascal Felix Hagolani, Marie Sémon, Guillaume Beslon, Sophie Pantalacci, bioRxiv 2025, in revision
doi: https://doi.org/10.1101/2025.04.11.648404