Un projet de génomique financé par l’État vise à être une ressource durable pour façonner la politique de conservation

Il y a eu beaucoup d’autres découvertes surprenantes alors qu’Escalona travaille à assembler 150 génomes de référence différents de haute qualité, dont chacun comprend une carte détaillée du matériel génétique d’une espèce, dans son rôle au sein de l’équipe scientifique du California Conservation Genomics Project (CCGP ). Ce projet de 12 millions de dollars financé par l’État vise à créer un ensemble complet de données génomiques représentatives de la biodiversité de l’État, comme le souligne un récent article du Journal de l’hérédité.

Le CCGP, lancé en 2019, est dirigé par le directeur Brad Shaffer de l’UC Los Angeles et implique des chercheurs de l’Université de Californie, des universités d’État de Californie, ainsi que des responsables d’organismes de réglementation étatiques et fédéraux et d’organisations non gouvernementales. Les dirigeants ont constamment travaillé avec les responsables de l’État pour s’assurer que les résultats peuvent être une ressource inestimable et durable pour façonner la politique de conservation.

« Nous générons des données de très haute qualité qui seront une ressource durable pour ce projet et formeront une base pour les futures actions de conservation », a déclaré Shaffer.

Collaborer pour la conservation

Escalona n’est que l’un des 15 chercheurs de l’UCSC travaillant sur le projet. Elle fait partie de l’équipe de direction aux côtés de professeurs tels que le professeur d’écologie et de biologie évolutive Beth Shapiro, qui siège à la fois au comité exécutif scientifique et au comité technique du projet, et professeur adjoint de génie biomoléculaire à la Baskin School of Engineering Russell Corbett Detig , qui est le responsable bioinformatique du projet. Les deux chercheurs font également partie de l’équipe de direction de l’UCSC Genomics Institute.

Le projet est le premier du genre en termes d’échelle dans le domaine de la génomique de la conservation. Les chercheurs étudient une gamme d’espèces pour se faire une idée de la biodiversité génétique qui existe dans tout l’État, des pumas et des cerfs qu’ils chassent au milieu des séquoias aux herbes de surf qui se balancent dans les bassins de marée le long de la côte.

« Le nord au sud de la Californie couvre toutes sortes de diversité d’écosystèmes d’une manière qui est unique à l’État », a déclaré Shapiro. « Il n’y a pas beaucoup d’organismes gouvernés contigus qui couvrent autant de diversité écologique. C’est vraiment une opportunité de saisir comment la diversité écologique est répartie entre tant d’écosystèmes différents. »

Ce travail a été présenté avec des défis importants par la recrudescence des catastrophes naturelles affectant le monde ces dernières années. Les incendies de forêt et les sécheresses dans l’État provoqués par le changement climatique ont rendu difficile l’accès à certains échantillons de plantes nécessaires pour assembler des données génomiques. La pandémie a ralenti le travail en laboratoire et sur le terrain et a prolongé le calendrier du CCGP de trois à quatre ans.

Malgré ces déboires, le CCGP poursuit sa phase de collecte de données, qui comprend à la fois des génomes de référence et le reséquençage de nombreux individus de chaque espèce. La phase du génome de référence du projet touche à sa fin, avec pratiquement tous les tissus en main, la plupart dans les pipelines d’acquisition et d’analyse de données, près d’un tiers entièrement assemblé et environ un quart déjà disponible sur la bibliothèque open source du National Center for Biotechnology Information de données génomiques. Le processus de reséquençage, générant des données sur plus de 100 individus de chaque espèce étudiée, est maintenant bien engagé et passe à la vitesse supérieure.

Les génomes de référence d’Escalona serviront de point de comparaison pour étudier la diversité génétique au sein d’une espèce. De plus, le CCGP reséquencera 100 à 150 génomes supplémentaires pour chaque espèce, qu’il étudiera par comparaison avec le génome de référence de haute qualité. En cartographiant les variations qui se produisent dans ces génomes, les chercheurs découvriront quelle diversité génétique existe dans chaque espèce et comment cette diversité est répartie géographiquement dans tout l’État.

Ces informations seront utilisées pour identifier les habitats naturels à protéger en priorité et créer un instantané dans le temps de la biodiversité génomique dans l’état tel qu’il existe actuellement, un point de référence important car le monde naturel est impacté par le changement climatique.

En générant à la fois des génomes de référence et des génomes reséquencés, le projet CCGP a une échelle considérablement plus grande que d’autres projets de génomique de la conservation. Des ensembles de données de cette taille sont rarement vus en dehors de la génomique humaine, où le financement biomédical peut soutenir de tels projets à forte intensité de calcul. Au final, entre les génomes de référence et le reséquençage, environ 22 000 génomes seront séquencés, un exploit qui témoigne à la fois des progrès récents de la technologie génomique et du dévouement des chercheurs impliqués.

Cotisations UC Santa Cruz

Les chercheurs principaux utiliseront les données génomiques pour étudier chaque espèce individuelle du projet afin de comprendre ces créatures, dont beaucoup sont uniques à la Californie. Par exemple, la professeure auxiliaire adjointe d’écologie et de biologie évolutive Rachel Meyers dirige des recherches sur les graminées printanières en voie de disparition, tandis que le professeur agrégé de génie biomoléculaire Christopher Vollmers étudie à juste titre les limaces de banane.

Mais l’étude de ces espèces indigènes peut ouvrir plus de questions qu’elle n’apporte de réponses. Alors qu’Escalona travaille au laboratoire de paléogénomique de l’UCSC dirigé par les professeurs Shapiro et Richard (Ed) Green, elle dit qu’elle est constamment surprise par les mystères génomiques qui existent dans la nature californienne, tels que l’énorme taille du génome de l’araignée trappe, ou à quel point il est relativement facile il s’agissait d’assembler le génome de l’ours noir.

« Cela vous épate à quel point c’est différent [the genomes of species] peut être, même des espèces étroitement apparentées », a déclaré Escalona. « Avoir ces génomes de référence est une grande ressource que nous pouvons donner à la communauté.

La comparaison de la répartition géographique de la biodiversité à travers l’État sera rendue possible par l’analyse et le traitement des données bioinformatiques pris en charge par Corbett-Detig ainsi que par le post-doctorant en bioinformatique de l’UCSC Erik Enbody et le préparateur de données Cade Mirchandani. Le groupe de Corbett-Detig travaille pour s’assurer que les données des 150 génomes reséquencés au sein d’une espèce sont standardisées et uniformes pour les rendre aussi comparables que possible.

Alors que cette équipe de bioinformatique travaille sur l’appel de variantes, le processus de comparaison du génome de référence aux données reséquencées pour voir où le matériel génétique varie, la taille massive des données présente les défis les plus importants, a noté Corbett-Detig.

« C’est exceptionnellement grand », a-t-il déclaré. « Particulièrement pour la génomique de la conservation, c’est un vaste ensemble de données avec un potentiel incroyable. »

Impact futur

Une fois toutes les données génomiques collectées, assemblées et homogénéisées, les analyses et les travaux de génomique paysagère commenceront. Dirigés par le professeur agrégé de l’UC Berkeley Ian Wang et la chercheuse postdoctorale Anne Changers, les chercheurs cartographieront les zones d’habitat qui se révèlent particulièrement vulnérables, afin de mieux les protéger par le biais d’une politique de conservation, et identifieront les populations les plus résilientes en fonction de leur variation génétique. Tous les résultats seront rendus publics et l’équipe travaillera avec les parties prenantes, y compris les agences de réglementation nationales et fédérales et les organisations à but non lucratif, pour élaborer des recommandations en matière de politique de gestion de l’habitat.

Les chercheurs espèrent que le CCGP pourra servir de modèle à d’autres régions qui pourraient vouloir entreprendre leurs propres études sur la biodiversité génétique. La Californie est bien placée pour mener cette charge en raison à la fois de la diversité de la faune qu’elle abrite et de l’éthique environnementale de ses habitants.

Ils veulent également que cette recherche soit un tremplin pour un effort soutenu pour comprendre la biodiversité dans l’État, avec plus de travail effectué pour comprendre le succès des futures interventions qui découlent de ce projet. Mais pour l’instant, ils sont satisfaits des progrès réalisés.

« La qualité du travail qui sort est étonnante », a déclaré Shaffer. « Nous créons vraiment une ressource qui ne sera pas jetée à la poubelle dans les deux prochaines années lorsque la prochaine technique arrivera. C’est un endroit cool où je réfléchis à une longue carrière dans ce travail. »