07-06-2016 Stage Kremer Vavre Marais LBBE (Villeurbanne).

MASTERBIOSCIENCES
ECOLE NORMALE SUPERIEURE DE LYON
Offre de stage de Master 2
Tuteur du stage et Laboratoire d’accueil :
Lieu du stage :
Laboratoire de Biométrie et Biologie Evolutive (UMR CNRS 5558; Université Lyon1, CNRS)
43 bd du 11 novembre 1918, 69622 Villeurbanne. http://lbbe.univ-lyon1.fr/
Responsables de stage :
- Natacha Kremer, Chargée de recherche CNRS, équipe ‘Génétique et évolution des
interactions hôtes-parasites’; e-mail : [email protected], tel : [phone]
- Fabrice Vavre, Directeur de recherche CNRS, équipe ‘Génétique et évolution des
interactions hôtes-parasites’; e-mail : [email protected], tel : [phone]
- Gabriel Marais, Directeur de recherche CNRS, équipe ‘Sexe & évolution’, e-mail :
[email protected], tel: [phone]
Titre du projet de recherche :
Origine et conséquences de l’asexualité dans les symbioses insectes-Wolbachia
Description du projet :
Contexte et objectifs
Wolbachia est une bactérie intracellulaire à transmission maternelle infectant de nombreux
arthropodes. La particularité de cette bactérie est sa capacité à manipuler la reproduction de ses
hôtes à son propre avantage. Parmi ces manipulations, une des plus spectaculaires est sa capacité à
induire de la parthénogenèse thélytoque chez les espèces haplo-diploïdes comme les hyménoptères.
Chez les espèces non infectées, les mâles sont haploïdes et issus d’œufs non fécondés alors que les
femelles sont diploïdes et issues d’œufs fertilisés. Dans les espèces infectées, la bactérie est capable
de restaurer la diploïdie des œufs non fécondés qui se développent alors en femelles. Des femelles
vierges auront donc une descendance composée entièrement de femelles. Cette manipulation
transforme ainsi le sexe non transmetteur (mâles) en sexe transmetteur (femelle), ce qui permet à la
bactérie d’envahir rapidement les populations. L’infection par ce type de Wolbachia a des
conséquences importantes sur le régime de reproduction des espèces infectées et leur diversification
(Ferrari & Vavre 2011 ; Vavre & Kremer 2014). En particulier, dans quasiment toutes ces espèces,
Wolbachia est à l’origine de la mise en place d’une reproduction asexuée, un processus qui peut
conduire à une évolution rapide du génome.
Si dans la plupart des espèces Wolbachia est fixée (i.e.,
tous les individus sont infectés), il existe quelques cas où co-
existent des populations infectées et non infectées par la
bactérie. C’est le cas notamment de l’hyménoptère Asobara
japonica, que nous étudions au laboratoire. Cette situation a
permis de mettre en évidence que la perte de la sexualité peut
évoluer très rapidement, et qu’elle survient plus rapidement
chez les femelles que chez les mâles (Kremer et al. 2009).
Ainsi, chez A. japonica, les femelles infectées sont incapables
d’induire le comportement de cour des mâles, en raison
probablement d’une altération de la synthèse de phéromones
sexuelles. Plusieurs hypothèses ont été formulées pour expli-
Downloaded By: [Hokkaido University] At: 01:24 30 August 2007
reported to parasitize Drosophilidae larvae breeding in mushrooms (Yorozuya 2006; Ideo
et al. 2008). However, major hosts of A. japonica,A. tabida, and G. xanthopoda are known
to be Drosophilidae larvae breeding on fermenting fruits (Vet and Bakker 1985; Janssen et
al. 1988; Ideo et al. 2008). Thus, parasitoids attacking Drosophilidae larvae often differ in
habitats; some search larvae on mushrooms, some on fruits, and some on decayed leaves,
although their habitat selection is not always rigid (Janssen et al. 1988; Ideo et al. 2008).
Methods
Collections were carried out in Sapporo (43.1uN, 141.3uE), Sendai (38.2uN, 140.9uE),
Tokyo (35.6uN, 139.4uE), Kagoshima (31.5uN, 130.5uE), Amami-oshima (28.4uN,
129.5uE), Okinawa (26.2uN, 127.7uE), and Iriomote-jima (24.3uN, 123.8uE) (Figure 1).
Sapporo and Sendai are located in a cool-temperate region, Tokyo and Kagoshima are in a
warm-temperate region, and Amami-oshima, Okinawa and Iriomote-jima are in a
subtropical region.
In Sapporo, collections were carried out in domestic areas (about 50 m above sea level)
and forests at low (100 m) and high (600 m) altitudes 10 times from June to September in
2004–2006. In Tokyo, collections were carried out in domestic areas and lightly wooded
areas at low altitudes (100–200 m) 29 times from early spring to late autumn in 2002–2005.
At the remaining localities, collections were carried out in domestic, lightly wooded areas
and/or forests at low altitudes (50–200 m) two or three times; i.e. in June (2004) and
September (2003 and 2004) in Sendai, in May (2004) and July (2006) in Kagoshima, in
Figure 1. Collection localities.
1732 H. Mitsui et al.
Populations+non-infectées
àArrhénotoquie
àSexualité
Populations+infectées
àThélytoquie
àPerte de+la+sexualité

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quer ce phénomène, mais elles impliquent toutes que la perte de la sexualité chez les femelles a été
sélectionnée (Stouthamer et al. 2010).
Les mécanismes impliqués dans la mise en place de l’asexualité chez les femelles est en cours
d’analyses par des approches de transcriptomique comparative. L’objectif de ce stage est donc de se
focaliser sur deux aspects :
1) la détection de signatures de sélection sur les gènes potentiellement impliqués dans la perte de
sexualité, comme ceux qui codent pour la synthèse de phéromones
2) la caractérisation des conséquences de la perte de sexualité sur l’évolution du génome. On
s’attend en effet à ce que ce phénomène se traduise par une accumulation de mutations faiblement
délétères sous l’action du cliquet de Müller, ainsi qu’à une accumulation de copies d’éléments
transposables.
Méthodologie
Pour atteindre ces objectifs, nous disposons de données transcriptomiques obtenues sur quatre
populations (deux sexuées (infectées par Wolbachia) et deux asexuées (non infectées)), et sur
différents types d’individus (mâles, femelles vierges ou fécondées pour les populations sexuées ;
femelles pour les populations asexuées). Nous disposons également de données transcriptomiques
sur une espèce phylogénétiquement proche, Asobara tabida, qui sera utilisée comme groupe
externe.
L’analyse des données transcriptomiques d’A. japonica est actuellement en cours (DEseq), et va
mettre en évidence les gènes qui sont différentiellement régulés entre les conditions. Ces données
nous permettront de déterminer les gènes potentiellement impliqués dans la perte de la sexualité
(ex : synthèse de phéromones), et de détecter des traces de sélection sur ces gènes candidats.
Les conséquences récentes de l’asexualité sur l’évolution des génomes seront également
étudiées. Après reconstruction des familles d’orthologues, les SNPs seront recherchés, leur impact
fonctionnel déterminé (KisSplice), et le patron d’évolution des orthologues analysé (e.g., dN/dS).
Compétences requises
Le/la candidat/e devra maitriser les concepts de génétique et génomique évolutive. Il/elle devra
maitriser les outils de bioinformatique appliquée au traitement de données transcriptomiques, et être
capable d’analyser des jeux de données de grande dimension.
Publications du laboratoire (5 max) :
KREMER N, CHARIF D, HENRI H, BATAILLE M, PREVOST G, KRAAIJEVELD K, VAVRE
F, 2009. A new case of Wolbachia dependence in the genus Asobara: evidence for
parthenogenesis induction in Asobara japonica, Heredity, 103(3): 248–256.
STOUTHAMER R, RUSSELL JE, VAVRE F, NUNNEY L, 2010. Intragenomic conflict in
populations infected by Parthenogenesis Inducing Wolbachia ends with irreversible loss of
sexual reproduction,” BMC Evol Biol, 10: 229.
KREMER N, CHARIF D, HENRI H, GAVORY F, WINCKER P, MAVINGUI P, VAVRE F,
2012. Influence of Wolbachia on host gene expression in an obligatory symbiosis, BMC
Microbiol., 12 (1): S7.
KÄFER J, TALIANOVÁ M, BIGOT T, MICHU E, GUÉGUEN L, WIDMER A, ŽLŮVOVÁ J,
GLÉMIN S, MARAIS G, 2013. Patterns of molecular evolution in dioecious and non-dioecious
Silene. J. Evol. Biol. 26(2):335-46.
VAVRE F, KREMER N, 2014. Microbial impacts on insect evolutionary diversification: From
patterns to mechanisms. Curr. Opin. Insect Sci., vol. 4:29–34