Proposition de Thèse en Génomique des Populations et Domestication
PhD position in population genomics and domestication

Rôle des introgressions adaptatives au cours des processus de domestication: une approche par étude de génomes complets chez les petits ruminants.
The role of adaptive introgressions during domestication processes: a whole genome approach in small ruminants.

Location: University Grenoble Alpes, Laboratoire d’Ecologie Alpine (LECA), Grenoble, France

Supervisor: prof. François Pompanon

Starting date: 2022, October 1

Funding: requested from the French government : €1,769 gross per month for 3 years

Application : Send a CV and motivation letter before 2022 March 31 to

Keywords : Adaptation – Introgression – Whole Genome Data – Bioinformatics – Domestication

Context: The candidate will work at the Alpine Ecology Laboratory (LECA), located on the campus of University Grenoble Alpes. LECA is an internationally leading institute in the field of Biodiversity and Ecology. It is a joint Research Unit of the CNRS, the Grenoble Alpes University (UGA) and the Savoie Mont Blanc University (USMB), member of the Observatoire des Sciences de l’Univers de Grenoble (OSUG). LECA’s research aims to understand the mechanisms driving the origin of biodiversity, the spatio-temporal dynamics of biodiversity and the associated functions, and predicting their response to a variety of drivers (climate change, pollution, land use change, invasive species, …).
The candidate will be a member of the MeeBio Team (‘Macroevolution, Evolutionary Ecology & Biodiversity dynamics’). Within this team, she/he will work under the supervision of Prof. François Pompanon, whose research group has been working for more than 15 years on the genomics of small ruminants to describe the genetic basis of domestication. This group participates in various international consortia (International Sheep Genome Consortium, Vargoats consortium) which characterise thousands of genomes of goats and sheep from all over the world, as well as their wild relatives, and maintain collaborations in France (INRAE and CNRS Toulouse) and abroad (INRA Morocco, Cardiff University, Univ Piacenza, EBI Cambridge).
The candidate will closely interact with the bioinformatic staff of the lab, and will have access to the computing facilities available at UGA.

Summary (French Version below) : Domestication is a major turning point in human evolution, leading to the emergence of farming during the Neolithic period. By providing a series of independent long-term evolutionary experiments where plants and animals populations were isolated from their wild counterparts and selected for specific traits, this process mimicking speciation has been of longstanding interest to evolutionary biologists.
The incrasing number of genome-wide analyses shows plays a much more important role in speciation and the structuring of species genomes than originally thought. Horizontal transfer of genes through introgression may lead to rapid genomic changes and promote adaptation. Domestication processes are no exception and recent studies showed punctually the occurrence of introgressive hybridization either between wild and domestic species (in e.g., yack, sheep, pig or dog) or between domestic breeds (in e.g., cattle, sheep or goats). However, the information available generally targets breeds with a specific history, and a few adaptive or production traits (e.g., adaptation to altitude in yacks or wool-shedding in sheep). The extend of the phenomenon remains unknown as uncontrolled hybridization may have occurred during the early steps of domestication besides more recent intended crossings.
We are working on two closely related species, i.e., sheep (Ovis aries) and goat (Capra hircus), in order to depict the genetic bases of the domestication process and explore the occurrence of convergent and parallel genetic mechanisms. We have been contributing to different international consortia which produced thousands of genomes worldwide for both sheep, goats and their wild relatives. We have already described the polymorphism of sheep and goat genomes, with the identification of genes involved in initial domestication processes and further adaptation to their environment and selection for improvement of primary (e.g., meat or milk) and secondary (e.g., stamina) zootechnical traits. We have also producing an atlas of variant ages in order to date the processes studied from the genomic data.
In this context, the PhD project aims at: (i) identifying gene variants introgressed from the wild into domestic genomes; (ii) describing introgressions between domestic breeds for traits involved in early domestication steps and later breed improvement, focussing on local breeds; (iii) assessing the relative importance of introgression with regard to natural or human-mediated positive and relaxing selection. The data produced will allow comparing the processes which occurred in sheep and goats.

Required profile and skills : Core competences in evolutionary biology or population genetics with skills in Bioinformatics and genome analysis.
The PhD candidate will have to conduct a fine analysis on hundreds of Whole Genome Sequences to identify genomic regions under selection, to assess the importance of introgression events and relaxed selection, and infer the chronology of selective events affecting genes from different functional categories. She/he will have to carry out general analyses on whole genome data to get information related to e.g., linkage disequilibrium decay or variations of effective population sizes via demographic inferences. This will involve the development and implementation of bioinformatics analysis pipelines, and the use of local storage facilities and computing grids.
Autonomy and interpersonal skills (ability to work in groups) will be appreciated.


5 recent references involving PhD and post-docs

[1] F. J. Alberto, F. Boyer, P. Orozco-terWengel, I. Streeter, B. Servin, P. de Villemereuil, B. Benjelloun, P. Librado, F. Biscarini, L. Colli, M. Barbato, W. Zamani, A. Alberti, S. Engelen, A. Stella, S. Joost, P. Ajmone-Marsan, R. Negrini, L. Orlando, H. R. Rezaei, S. Naderi, L. Clarke, P. Flicek, P. Wincker, E. Coissac, J. Kijas, G. Tosser-Klopp, A. Chikhi, M. W. Bruford, P. Taberlet, and F. Pompanon. Convergent genomic signatures of domestication in sheep and goats. Nature Communications, 9:813, 2018.

[2] B. Benjelloun, F. Boyer, I. Streeter, W. Zamani, S. Engelen, A. Alberti, M. Ben Bati, M. Ibnelbachyr, M. Chentouf, B. Abdelmajid, F. J. Alberto, H. R. Rezaei, S. Naderi, A. Stella, A. Chikhi, L. Clarke, Kijas, P. Flicek, P. Taberlet, and F. Pompanon. An evaluation of whole genome genotyping strategies to assess neutral and adaptive diversity. Molecular Ecology Resources, 19:1497–1515, 2019.

[3] B. Benjelloun, K. Leempoel, F. Boyer, S. Stucki, I. Streeter, P. Orozco-terWengel, F. J. Alberto, B. Servin, F. Biscarini, A. Alberti, S. Engelen, A. Stella, L. Colli, E. Coissac, M. W. Bruford, P. Ajmone-Marsan, R. Negrini, L. Clarke, P. Flicek, A. Chikhi, S. Joost, P. Taberlet, and F. Pompanon. Multiple adaptive solutions to face climatic constraints: novel insights in the debate over the role of convergence in local adaptation. BioRxiv, 11.18.469099, 2021.

[4] T. Cumer, F. Boyer, and F. Pompanon. Genome-wide detection of structural variations reveals new genomic regions associated to domestication in small ruminants. Genome Biology and Evolution, 13(8), 2021.

[5] L. Denoyelle, P. de Villemereuil, F. Boyer, M. Kelifi, C. Gaffé, F. J. Alberto, B. Benjelloun, and F. Pompanon. Genetic variations and differential DNA methylations to face contrasted climates in small ruminants: an analysis from traditionally-managed sheep and goats. Frontiers in genetics, 12(745284), 2021.

Résumé : La domestication est un tournant majeur dans l’évolution de l’humanité, conduisant à l’émergence de l’agriculture au cours du néolithique. En fournissant une série d’expériences indépendantes d’évolution à long terme où des populations de plantes ou d’animaux ont été isolées de leurs homologues sauvages et sélectionnées pour des caractères spécifiques, ce processus imitant la spéciation intéresse depuis longtemps les biologistes de l’évolution.
La multiplication des analyses de génomes complets montre que les hybridations jouent un rôle beaucoup plus important qu’initialement estimé dans la spéciation et la structuration des génomes des espèces. Le transfert horizontal de gènes par introgression peut conduire à des changements génomiques rapides et favoriser l’adaptation. Les processus de domestication ne font pas exception, et des études récentes ont ponctuellement montré que des hybridations ont eu lieu entre espèces sauvages et domestiques (en particulier chez le mouton, le yack, le porc ou le chien), ou entre races domestiques (par exemple chez les bovins, les ovins ou les caprins). Toutefois, les informations disponibles ciblent généralement des races ayant un historique spécifique et des traits adaptatifs ou zootechniques bien particuliers (par exemple, adaptation à l’altitude chez les yacks ou tonte de laine chez les moutons). Plus généralement, l’ampleur des phénomènes d’introgression reste inconnue, car des hybridations non contrôlées ont pu se produire au cours des premières étapes de la domestication, en plus de croisements intentionnels plus récents.
Nous travaillons sur deux espèces étroitement apparentées ayant subit un processus de domestication similaire, le mouton (Ovis aries) et de la chèvre (Capra hircus), pour décrire les bases génétiques du processus de domestication et explorer l’apparition parallèle ou convergente de mécanismes génétiques. Nous participons à différents consortiums internationaux qui caractérisent des milliers de génomes de chèvres et moutons issus du monde entier, ainsi que de leurs apparentés sauvages. Nous avons décrit le polymorphisme des génomes ovins et caprins, identifiant des gènes impliqués dans les processus initiaux de domestication, dans l’adaptation ultérieure à l’environnement et en lien avec l’amélioration de caractères zootechniques primaires (par exemple, viande ou lait) et secondaires (par exemple, endurance). Nous avons également produit un atlas de l’âge des variants nucléotidiques afin de dater les processus décrits à partir des dinées génomiques.
Dans ce contexte, la thèse a pour objectif (i) d’identifier les variants géniques sauvages introgressés dans les génomes domestiques ; (ii) de décrire les introgressions entre races domestiques pour des caractères impliqués dans les étapes initiales de domestication et l’amélioration ultérieure des races, en ciblant des races locales traditionnelles ; (iii) d’évaluer l’importance relative des introgressions par rapport à la sélection positive ou relâchée qu’elle soit naturelle ou dirigée par l’homme. Les données produites permettront de comparer les processus qui se sont produits chez les ovins et les caprins. candidat.e analysera plusieurs centaines de séquences de génomes entiers (incluant des génomes anciens) pour identifier les régions génomiques sélectionnées, évaluer l’importance des événements d’introgression et de la sélection relâchée, et inférer la chronologie des événements sélectifs affectant les gènes de différentes catégories fonctionnelles. Cela impliquera des analyses plus générales, par exemple sur les variations du déséquilibre de liaison, ou la dynamique temporelle de la taille efficace des populations par le biais d’inférences démographiques.

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