Étude de La Plasticité Phénotypique

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**Présentation INRAE**:
L’Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (INRAE) est un établissement public de recherche rassemblant une communauté de travail de 12 000 personnes, avec 272 unités de recherche, de service et expérimentales, implantées dans 18 centres sur toute la France. INRAE se positionne parmi les tout premiers leaders mondiaux en sciences agricoles et alimentaires, en sciences du végétal et de l’animal. Ses recherches visent à construire des solutions pour des agricultures multi-performantes, une alimentation de qualité et une gestion durable des ressources et des écosystèmes.

**Environnement de travail, missions et activités**:
**Contexte**:
Les changements globaux impactent la démographie et la biologie de nombreuses espèces animales et végétales à travers l’ensemble des biomes de la planète. Pour persister face à des changements défavorables de l’environnement, les espèces peuvent disperser vers de nouveaux habitats, évoluer génétiquement et répondre de façon plastique (Chevin et al. 2010). La plasticité phénotypique se définit comme étant la capacité d’un génotype à exprimer différents phénotypes en réponse à des variations de l’environnement (biotiques et abiotiques). Pour les espèces longévives et sessiles, tel que les arbres forestiers, la réponse plastique conditionne fortement la persistance à court terme et fait l’objet d’une importante attention de la part de la communauté scientifique (Kramer et al. 2020). La réponse plastique est une mesure associée à un phénotype donné et peut varier entre les phénotypes d’un individu. Cependant, les phénotypes étant intégrés au sein d’un organisme, les processus développementaux et sélectifs peuvent générer des interdépendances dans l’expression de ces phénotypes (Nielsen and Papaj 2022). Ainsi, pour comprendre finement la capacité d’adaptation à court terme des espèces, une considération multi-traits de la plasticité intégrant les contraintes de co-expression des phénotypes s’avère nécessaire.

**Objectifs du stage**:
L’objectif du stage sera d’étudier la plasticité phénotypique de plusieurs traits phénotypiques suivis sur trois espèces d’arbres forestiers : le mélèze d’Europe, le mélèze Japonais et un mélèze hybride issu du croisement des deux premières espèces. Plus précisément, il s’agira d’estimer conjointement la plasticité de la probabilité de la survie et de la croissance radiale du tronc (d’autres traits pourront également être considérés) sur des données issues d’un protocole expérimental. Au cours du stage, il sera attendu de:
1) Développer des modèles statistiques d’estimation de la plasticité de survie. Cette partie nécessitera d’adapter le modèle développé par Papaïx et al. (2010) afin d’y inclure l’inférence de normes de réaction (Arnold et al. 2019). Ce modèle sera également modifié pour permettre des estimations multi-traits de la plasticité. Julien Papaïx (INRAE, Avignon) participera à la mise en œuvre de cette partie du stage.

2) Tester la capacité d’estimation de la plasticité phénotypique de ces modèles en utilisant des données simulées à l’aide du logiciel de démo-génétique Luberon2 (Godineau et al. 2023). Cette étape fournira des informations sur les limites du modèle ainsi que sur la quantité de données biologiques nécessaire pour estimer précisément les normes de réaction des phénotypes et leur covariation.

3) Appliquer ces modèles sur trois espèces de Mélèze. Les modèles seront appliqués sur des données issues d’une expérimentation menée depuis 15 ans sur les sites de l’INRAE d’Orléans et dans le Massif central. Pour chaque espèce, une centaine d’individus ont été clonés (~10 fois) puis les clones disposés dans deux placettes aux environnements contrastés (irriguée vs. non-irriguée). Ce design particulier permettra de tester l’existence d’interaction entre l’expression des génotypes et l’environnement (GxE) sur les traits de survie et de croissance. Luc Pâques (INRAE, BioForA) participera à la mise en œuvre de cette partie du stage.

Les résultats issus de cette étude permettront d’augmenter notre compréhension des mécanismes de plasticité de traits phénotypique clés tel que la survie et la croissance. Les arbres utilisés dans l'expérimentation étant issus de croisements contrôlés, une ouverture sur le potentiel évolutif de cette plasticité pourra être envisagée.

**References**:
Arnold et al. 2019: doi.org/10.1111/nph.15656

Chevin et al. 2010: doi.org/10.1371/journal.pbio.1000357

Godineau et al. 2023 : doi.org/10.1111/eva.13606

Kramer et al. 2020: doi.org/10.1111/1440-1703.12127

Nielsen and Papaj 2022: doi.org/10.1111/evo.14464

Papaïx et al. 2010: doi.org/10.1111/j.1420-9101.2010.