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Stage de M2 ou de M1 prolongé: Effet de l’alpha-amylase sur le comportement de ponte d’une guêpe parasitoïde sur la chenille de son hôte Sesamia nonagrioides

Oct24

Stage proposé par Jean-Luc Da Lage (jean-luc.da-lage@egce.cnrs-gif.fr) et Taiadjana Fortuna (taiadjanafortuna@gmail.com) avec Paul-André Calatayud (pcalatayud@icipe.org)

Sesamia nonagrioides est un papillon (Noctuidae) ravageur du maïs en Afrique et en Europe. Dans le cadre du développement de la lutte biologique, alternative à l’utilisation de pesticides, on vise à utiliser des prédateurs naturels pour contrôler les populations. En Afrique, S. nonagrioides est parasitée par une guêpe parasitoïde, Cotesia typhae, qui pond ses œufs dans les chenilles de son hôte. Pour repérer sa proie, le parasitoïde fait appel à son olfaction à longue distance, mais à courte distance, il doit identifier son hôte en utilisant d’autres signaux chimiques.

Des études antérieures ont montré chez d’autres espèces de papillons ravageurs que des régurgitations de la chenille contenaient des substances qui stimulaient le comportement de ponte de la guêpe. On a pu identifier une substance majeure, qui n’est autre qu’une enzyme digestive abondante, l’alpha-amylase.

Chez S. nonagrioides, on ne sait pas si le même système de reconnaissance hôte-parasite est à l’œuvre. On se propose de tester cette possibilité en produisant in vitro différentes amylases codées par le génome de S. nonagrioides, récemment séquencé au laboratoire, et en observant le comportement du parasitoïde vis-à-vis de leurres imprégnés de ces protéines. Dans le cadre du stage, on préparera les constructions de plasmide d’expression des gènes d’amylase de S. nonagrioides, on procédera à leur expression en levure et à leur purification. Puis on étudiera l’effet  de ces protéines synthétisées sur le comportement du parasitoïde vis-à-vis de son hôte.

Ce stage convient à un.e étudiant.e motivé.e par l’expérimentation, par les manipulations en biologie moléculaire et comportementale. Il convient à un M2 ou à un M1 pouvant prolonger son stage.

Quelques publications sur le sujet:

Bichang’a, G., J.-L. Da Lage, C. Capdevielle-Dulac, M. Zivy, T. Balliau et al., 2018 α-Amylase Mediates Host Acceptance in the Braconid Parasitoid Cotesia flavipes. Journal of Chemical Ecology 44 (11): 1030-1039.

Obonyo, M., F. Schulthess, B. Le Ru, J. van den Berg, J.-F. Silvain et al., 2010 Importance of contact chemical cues in host recognition and acceptance by the braconid larval endoparasitoids Cotesia sesamiae and Cotesia flavipes. Biological Control 54:270-275.

Etude des transferts horizontaux de gènes de guêpes parasitoïdes à leurs lépidoptères hôtes.

Août3

Stage co-dirigé par Clément Gilbert (EGCE) et Elisabeth Huguet (IRBI, Tours)

Email : clement.gilbert@etce.cnrs-gif.fr

La plupart des guêpes parasitoïdes (Hymenoptera, Ichneumonoidea) sont koïnobiontes, c’est-à-dire qu’elles effectuent leur développement larvaire à l’intérieur des arthropodes qu’elles parasitent en maintenant ceux-ci en vie jusqu’à leur propre nymphose (Beckage and Drezen 2012). Ce type d’association intime et durable implique des interactions physiologiques et immunitaires relativement complexes entre les guêpes et leurs hôtes. Plusieurs familles de guêpes ont même domestiqué des gènes viraux intégrés dans leur génome, leur permettant de synthétiser des particules virales non réplicatives qu’elles injectent en même temps que leurs œufs dans les larves de leurs hôtes (Herniou et al. 2013 ; Drezen et al. 2017). Ces particules contiennent des facteurs de virulence (ADNs circulaires, protéines) qui atténuent la réponse immunitaire de l’hôte et facilitent ainsi le développement des larves de guêpes. Une étude récente réalisée en laboratoire à l’Institut de Recherche sur la Biologie de l’Insecte (IRBI ; université de Tours) montre que de nombreuses copies des cercles d’ADN encapsidés dans les particules virales de la guêpe Cotesia congregata (Braconidae) sont intégrées de manière systématique, à chaque infection, dans le génome des cellules immunitaires de son hôte (le sphinx du tabac, Manduca sexta) (Chevignon et al. 2018). Ce phénomène de transformation génomique d’un hôte par son parasite eucaryote est unique. Il pourrait permettre, en absence de réplication virale, aux gènes viraux d’être maintenus et exprimés dans les cellules hôtes pendant tout le temps nécessaire au développement des embryons de guêpes. Cependant, le rôle joué par ces intégrations et leur importance dans les interactions guêpes/hôtes restent encore à éclaircir. Par ailleurs, on sait que certaines populations d’hôtes peuvent devenir résistantes au parasitisme, et donc survivre aux infections. Si des intégrations de cercles d’ADN de virus se produisaient dans la lignée germinale de ces populations résistantes, elles pourraient être transmises verticalement. Les interactions entre guêpes parasitoïdes et leurs hôtes offrent donc un contexte propice aux transferts horizontaux de matériel génétique (TH) entre espèces.

De manière générale, les TH semblent avoir joué un rôle plus important qu’on ne le pensait auparavant dans l’évolution des eucaryotes (Loreto et al. 2008; Schaack et al. 2010; Syvanen 2012; Boto 2014). Cependant les mécanismes expliquant ces transferts restent inconnus (Gilbert & Cordaux 2017). Plusieurs travaux montrent que des TH de gènes de guêpes parasitoïdes à des lépidoptères ont bien eu lieu dans le passé (Schneider and Thomas 2014; Gasmi et al. 2015). Mais ceux-ci sont trop anciens pour espérer comprendre comment ils se sont produits. La découverte des intégrations systématiques d’ADN viraux associés aux guêpes dans les génomes de lépidoptères parasités offre une opportunité unique de faire la lumière sur un des mécanismes possibles de TH entre animaux.

Le projet aura pour objectif de caractériser la fréquence des intégrations de cercles d’ADN d’un virus d’une guêpe proche de C. congregata (Cotesia typhae, (Kaiser et al. 2017)) chez différentes populations et espèces de lépidoptères. Il vise également à évaluer la possibilité que ces intégrations se produisent dans la lignée germinale et soient transmises verticalement chez des hôtes résistants. Les patrons d’intégration dans les cellules somatiques (hémocytes, corps gras) et germinales seront comparés entre populations sensibles et résistantes d’une espèce de lépidoptère cible, la sésamie du maïs, Sesamia nonagrioides (Benoist et al. 2017) et entre S. nonagrioides et une espèce qui n’est pas un hôte naturel (la pyrale du maïs, Ostrinia nubilalis). Les intégrations seront recherchées non seulement chez des individus parasités au laboratoire mais également dans des populations naturelles.

 

Références

Beckage, N. E., and J.-M. Drezen (Eds.), 2012 Parasitoid viruses: symbionts and pathogens. Elsevier/Academic Press, London ; New York.

Benoist, R., C. Chantre, C. Capdevielle-Dulac, M. Bodet, F. Mougel et al., 2017 Relationship between oviposition, virulence gene expression and parasitism success in Cotesia typhae nov. sp. parasitoid strains. Genetica 145: 469–479.

Boto, L., 2014 Horizontal gene transfer in the acquisition of novel traits by metazoans. Proc Biol Sci 281: 20132450.

Burke, G. R., S. A. Thomas, J. H. Eum, and M. R. Strand, 2013 Mutualistic Polydnaviruses Share Essential Replication Gene Functions with Pathogenic Ancestors (D. S. Schneider, Ed.). PLoS Pathog. 9: e1003348.

Chevignon G, Periquet G, Gyapay G, Vega-Czarny N, Musset K, Drezen JM, Huguet E. Cotesia congregata Bracovirus Circles Encoding PTP and Ankyrin Genes Integrate into the DNA of Parasitized Manduca sexta Hemocytes. J Virol. 2018 92(15).

Drezen, J.-M., M. Leobold, A. Bézier, E. Huguet, A.-N. Volkoff et al., 2017 Endogenous viruses of parasitic wasps: variations on a common theme. Curr. Opin. Virol. 25: 41–48.

Gasmi, L., H. Boulain, J. Gauthier, A. Hua-Van, K. Musset et al., 2015 Recurrent Domestication by Lepidoptera of Genes from Their Parasites Mediated by Bracoviruses. PLoS Genet. 11: e1005470.

Gilbert, C., and R. Cordaux, 2017 Viruses as vectors of horizontal transfer of genetic material in eukaryotes. Curr. Opin. Virol. 25: 16–22.

Herniou, E. A., E. Huguet, J. Theze, A. Bezier, G. Periquet et al., 2013 When parasitic wasps hijacked viruses: genomic and functional evolution of polydnaviruses. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 368: 20130051.

Kaiser, L., J. Fernandez-Triana, C. Capdevielle-Dulac, C. Chantre, M. Bodet et al., 2017 Systematics and biology of Cotesia typhae sp. n. (Hymenoptera, Braconidae, Microgastrinae), a potential biological control agent against the noctuid Mediterranean corn borer, Sesamia nonagrioides. ZooKeys 682: 105–136.

Loreto, E. L., C. M. Carareto, and P. Capy, 2008 Revisiting horizontal transfer of transposable elements in Drosophila. Hered. Edinb 100: 545–54.

Schaack, S., C. Gilbert, and C. Feschotte, 2010 Promiscuous DNA: horizontal transfer of transposable elements and why it matters for eukaryotic evolution. Trends Ecol Evol 25: 537–46.

Schneider, S. E., and J. H. Thomas, 2014 Accidental genetic engineers: horizontal sequence transfer from parasitoid wasps to their Lepidopteran hosts. PloS One 9: e109446.

Syvanen, M., 2012 Evolutionary implications of horizontal gene transfer. Annu. Rev. Genet. 46: 341–58.

 

Contexte, compétences recherchées, et encadrement

Nous recherchons un/e étudiant/e enthousiaste et motivé/e et ayant de bonnes connaissances en évolution génomique. Une des tâches principales du stage de M2 consistera à assembler et annoter le génome de Sesamia nonagrioides (en combinant des données illumina et PacBio). L’étudiant/e devra donc être à l’aise sur un terminal Unix et de préférence maitriser au moins un langage de programmation. Idéalement, l’étudiant/e réaliserait aussi quelques manips pilotes de biologie moléculaire de paillasse consistant à rechercher par PCR des inserts de Cotesia typhae dans des populations de lépidoptères. Nous prévoyons de continuer ce projet sur la durée d’une thèse, dont le financement devra être acquis par l’étudiant/e qui pourra postuler à l’école doctorale SDSV de l’université Paris-Saclay. Le stage se déroulera entièrement au laboratoire EGCE à Gif sur Yvette et sera encadré par Clément Gilbert (EGCE) et Elisabeth Huguet (IRBI, Tours).

Interactions Wolbachia/Éléments transposables chez la Drosophile

Juil28

Nom de l’équipe d’accueil
Eléments Génétiques Mobiles

Responsable
Pierre Capy, Aurélie Hua-Van

Profil du candidat
Intéressé(e) par l’évolution du génome, les endosymbioses et les interactions entre entités génétiques partageant la même niche écologique: la cellule

Descriptif du stage

Ce stage s’inscrit dans les thématiques développées depuis plusieurs années dans l’équipe sur l’évolution de l’activité et de la régulation des éléments transposables (ET) chez la drosophile.

Les ET sont présents dans tous les génomes, où ils se déplacent et s’amplifient, jusqu’à parfois en constituer la plus grande partie. En se multipliant dans le génome, ils sont transmis aux descendants de manière non-mendelienne, et peuvent ainsi se propager rapidement dans la population: ce sont des parasites sexuels. La transposition est cependant étroitement contrôlée, en particulier dans la lignée germinale, par des mécanismes faisant intervenir des petits ARNs. Chez la drosophile, cette voie de régulation implique des protéines Argonaute telles que PIWI, AUB, AGO3, agissant dans le noyau ou dans une sous-structure cytoplasmique (le nuage) étroitement associée aux mitochondries. Une régulation est aussi à l’œuvre dans les cellules somatiques, impliquant la protéine AGO2. Ces mécanismes de silencing sont parfois perturbés, par exemple suite à des stress biotiques ou abiotiques qui peuvent ainsi conduire à une réactivation des éléments.

Au niveau des gonades et du cerveau, chez les insectes, les éléments transposables partagent les cellules avec des endosymbiontes, se comportant, tout comme les éléments transposables, comme des parasites ou des mutualistes. Il s’agit de la bactérie Wolbachia, qui manipule la reproduction sexuée de son hôte afin de favoriser sa propre transmission et d’envahir ainsi rapidement les populations. Cette manipulation passe par des perturbations de la spermatogenèse (Wolbachia dans les gonades) ou par des modifications du comportement des femelles (Wolbachia dans le cerveau). Plusieurs études récentes indiquent que les Wolbachia interfèrent avec les voies de petits ARNs, en modifiant l’expression des protéines Argonaute. Elles semblent aussi impliquées dans des stress oxydatifs, en lien direct ou indirect avec les mitochondries, avec lesquelles elles entretiennent des interactions physiques étroites. Ainsi, ces données suggèrent qu’elles pourraient interférer dans l’expression et la régulation des éléments transposables.

L’objectif du stage est d’évaluer l’importance des interactions entre Wolbachia et les éléments transposables, dans deux espèces de drosophiles : D. melanogaster et son espèce sœur D. simulans. Pour cela, nous génererons des lignées de Drosophile infectées ou non par des Wolbachia, par traitement antibiotique de souches naturellement infectées. Nous évaluerons l’expression de deux éléments transposables (mos1, et gypsy) dans les gonades, et le cerveau, par RT-qPCR sur des ARNm extraits de ces deux tissus, à différents stades de développement (larves de stade III et adultes agés de 5 jours), chez les mâles et les femelles. En parallèle, des hybridations in situ et des immunomarquages seront réalisés sur ces organes, permettant de comparer la localisation histologique des ARNm des éléments transposables, des protéines AGO et des endosymbiontes Wolbachia.

Références

Hua-Van A, Le Rouzic A, Boutin TS, Filée J, Capy P. 2011. The struggle for life of the genome’s selfish architects. Biol Direct 6:19.

Picot S, Wallau GL, Loreto EL, Heredia FO, Hua-Van A, Capy P. 2008. The mariner transposable element in natural populations of Drosophila simulans. Heredity (Edinb) 101:53-59.

Wallau GL, Hua-Van A, Capy P, Loreto EL. 2011. The evolutionary history of mariner-like elements in Neotropical drosophilids. Genetica 139:327-338.

Mots clefs
évolution, éléments transposables, wolbachia, drosophila, interaction, régulation

Contact
aurelie.hua-van@legs.cnrs-gif.fr

Date de validité
janvier 2015

Durée (mois)
6 mois (M2)