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Les code-barres génétiques chez les plantes vasculaires
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Les code-barres genetiques chez les plantes vasculaires

Les code-barres génétiques chez les plantes vasculaires: une approche par la génétique des populations

Intervenants: Sofia Caetano, Yamama Naciri, David Aeschimann

Les code-barres génétiques permettent idéalement l’assignation de nouveaux spécimens à une espèce connue, identifiée sur la base d’un fragment d’ADN. Le challenge initial est donc de trouver la séquence d’ADN idéal, qui permettrait une identification sûre au niveau de l’espèce. Chez les plantes terrestres, la situation s’est révélée fort complexe, et l’utilisation d’une combinaison de plusieurs séquences a assez rapidement été suggérée (Savolainen et al., 2005; Chase et al., 2005). Des publications récentes proposent de combiner deux ou trois séquences chloroplastiques, mais pour le moment, il n’y a pas de consensus entre les auteurs pour déterminer lesquelles utiliser en priorité (Chase et al., 2007; Kress and Erickson, 2007). En effet, la faisabilité d’une telle méthode, ainsi que son intérêt pour la science, a ouvert un grand débat qui est loin d’être fini. L’un des aspects de la controverse qui a été régulièrement soulevé concerne la variabilité intra- versus inter-spécifique qui doit figurer dans la base de données de référence. En conséquence, les paramètres liés à cette estimation, tel que la taille d’échantillonnage minimale, suscitent également de fortes discussions.

Ce projet s’intéresse spécifiquement à cette question, et a donc comme but de procurer à la communauté scientifique des règles générales d’échantillonnage chez les plantes, dans le cadre d’une démarche de code-barre génétique. Sept groupes d’espèces étroitement liées ont été sélectionnés comme modèles biologiques, le choix étant fait de façon à analyser des plantes à cycles de vie différents. Effectivement, la délimitation des espèces chez les pérennes semble plus "brouillée" que chez les plantes annuelles, et en conséquence l’effort d’échantillonnage pour couvrir la variabilité intra-spécifique ne devrait pas être standard. Parmi les arbres et arbustes trois genres ont été sélectionnés :

- Acer: A. campestre, A. monspessulanum, A. opalus, A. platanoides et A. pseudoplatanus
- Lonicera: L. alpigena, L. caerulea , L. nigra et L. xylosteum
- Salix: S. herbaceae, S. reticulata, S. retusa et S. serpillifolia

Pour les herbacées pérennes, deux genres ont été choisis :

- Adenostyles: A. alliariae , A. glabra et A. leucophylla
- Gentiana: G. acaulis, G. alpina, G. angustifolia et G. clusii

Pour les annuelles, deux genres ont également été sélectionnés:

- Geranium: G. columbinum, G. dissectum et G. pusillum
- Veronica: V. agrestis, V. arvensis, V. hederifolia, V. persica et V. polita

Cinq séquences chloroplastiques, proposées auparavant comme des code-barres appropriés, ont été sélectionnées : trnH-psbA, matK, rpoB, rpoC1 et rbcL. Ce projet a donc utilisé différentes combinaisons de ces séquences, ainsi qu’un schéma d’échantillonnage d’un minimum de 50 individus par espèce, de façon à couvrir le maximum de variabilité intraspécifique. Les résultats ont montré que le succès d'assignation à l'espèce ne dépend pas du cycle de vie des plantes mais de leur histoire évolutive particulière (Caetano et al. 2010; 2011; Christe et al. soumis).

Par ailleurs, des simulations ont été menées, en collaboration avec le Dr. Nicolas Salamin, pour estimer l’impact de l’histoire évolutive des espèces sur l’importance de la variabilité intraspécifique et sur le recouvrement possible de cette variabilité entre espèces proches. Les analyses ont porté sur l'influence du temps de divergence entre espèces, la taille efficace des espèces, le taux de mutation et le taux de migration intraspécifique. Les résultats ont montré que plus il y a de migrations intraspécifiques , meilleure est l'assignation à l'espèce (Naciri et al. 2012).

CHASE M.W., SALAMIN N., WILKINSON M., DUNWELL J.M., PRASAD KESANAKURTHI R., HAIDAR N. & SAVOLAINEN V. (2005). Land plants and DNA barcodes: short-term and long-term goals. Philosophical Transactions of the Royal Society Series B, 360: 1889-1895.
CHASE M.W., COWAN R., HOLLINGSWORTH P.M., VAN DEN BERG C., MADRIÑAN S. & al. (2007). A proposal for a standardised protocol to barcode all land plants. Taxon, 56(2): 295-299.
KRESS W.J. & ERIKSON D.L. (2007). A two-locus global DNA barcode for land plants: the coding rbcL gene complements the non-coding trnH-psbA spacer region. PLoSONE, 6: e508.
SAVOLAINEN V., COWAN R.S., VOGLER A.P., RODERICK G.K. & LANE R. (2005). Towards writing the encyclopaedia of life: an introduction to DNA barcoding. Philosophical Transactions of the Royal Society, Series B, 360: 1805-1811.

Publications:

CHRISTE C., CAETANO S., AESCHIMANN D., KROPF M., DIADEMA K., NACIRI Y. (2013). The intraspecific genetic variability of siliceous and calcareous Gentiana species is shaped by contrasting demographic and re-colonization processes. Molecular Phylogenetics and Evolution (in press).
NACIRI Y., CAETANO S. & SALAMIN N. (2012). Plant DNA Barcodes and the influence of gene flow. Molecular Ecology Resources, 12: 575–580.

Communications scientifiques:

NACIRI Y. (2013) Le barcoding ADN: Allons nous vers un changement du nombre d'espèces de plantes en Suisse ? Assemblée Générale de la Société Suisse de Botanique, 5 Octobre, Zürich, Switzerland.
CAETANO S., AESCHIMANN D., CHRISTE C., NACIRI Y. (2010). Do plants' life cycles influence assignment success in DNA barcoding? An answer based on seven genera of trees, shrubs and herbs. Second ECBOL Meeting, 1-6 June, Braga, Portugal.
CAETANO S., CHRISTE C., AESCHIMANN D., NACIRI Y. (2011). Species success assignment using Plant DNA barcodes: results and prospects. Barcoding Swiss Diversity, 9 September, Geneva, Switzerland.
CHRISTE C., CAETANO S., AESCHIMANN A., NACIRI Y. (2011). Chloroplast capture, glacial refugia and a rush into the Alps: the contrasting histories of four European gentians. Biology11, 3-4 February, Zurich, Switzerland.
CHRISTE C., CAETANO S., AESCHIMANN A., NACIRI Y. (2011). Gentiana diversification during the Quaternary: some consequences of living on different substrates. Second ALPS meeting, 7 December, Saint-Cergue, Switzerland.
NACIRI Y. (2011). Tracking the evolution of plant diversity: from phylogeography to DNA barcoding. Seminars in Ecology and Evolution. 17 May, University of Fribourg, Switzerland.
NACIRI Y., CAETANO S., AESCHIMANN D., SALAMIN N. (2009). DNA Barcode in Vascular Plants: from concepts to the real world. DNA barcoding: the future of Taxonomy? 3ème Cycle Symposium, 22 June 2009, Geneva, Switzerland.
NACIRI Y., CAETANO S., CHRISTE C., SALAMIN N., AESCHIMANN D. (2010). Le barcode ADN chez les plantes vasculaires: concepts, réalités et pistes de réflexion. Réunion annuelle de RSyst (Réseau de Systématiques). 23-24 novembre 2010, INRA de Thônon, France.

Posters:

CHRISTE C., CAETANO S., AESCHIMANN D., NACIRI Y. (2010). Getting to know the ancestry of gentian decorating swiss butter. Biology10, 11-12 February, Neuchâtel, Switzerland.
LITMAN J., WYLER S., GONSETH Y., NACIRI Y., MITCHELL E.A.D., AEBI A. & PAWLOWSKI J. (2012). The Swiss Barcode of Life Network, SwissBOL. Third ECBOL Meeting, September 17-20, Brussels, Belgium.
NACIRI Y. (2011). Evidence of DNA transfer from the chloroplast to the nucleus (NuCp) in Eryngium alpinum: implication for molecular studies. Plant Genome Evolution, 4-6 September, Amsterdam, the Netherlands.
NACIRI Y., GAUTIER L., CLERC P. (2011). DNA barcoding: What can we expect from herbarium specimens? Barcoding Swiss Diversity, September 9, Geneva, Switzerland.

Vulgarisation scientifique:

CAETANO S., NACIRI Y. & AESCHIMANN D. (2010). Les code-barres génétiques chez les plantes vasculaire: un pas en avant dans la documentation de la biodiversité? Feuille Verte, 41: 10.
CHRISTE C. CAETANO S., NACIRI Y. & AESCHIMANN D. (2011). Semblables et pourtant si différentes: histoires contrastées de gentianes en Europe Occidentale. Feuille Verte, 42: 16-17.

Collaboration : Dr Nicolas Salamin, Laboratoire Ecologie et Evolution, Université de Lausanne.

Lien : http://www.barcodeoflife.org

Financement : Fonds National de la Recherche Scientifique n° 3100A0-120390 (2008-2010).