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 : 04 72 44 81 01 - Fabrice Vavre, Directeur de recherche CNRS, équipe ‘Génétique et évolution des interactions hôtes-parasites’; e-mail : [email protected], tel : 04 72 43 19 21 - Gabriel Marais, Directeur de recherche CNRS, équipe ‘Sexe & évolution’, e-mail : [email protected], tel: 04 72 43 29 09 Titre du projet de recherche : Origine et conséquences de l’asexualité dans les symbioses insectes-Wolbachia Downloaded By: [Hokkaido University] At: 01:24 30 August 2007 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 1732 H. Mitsui et al. hôtes à son propre avantage. Parmi ces manipulations, une des plus spectaculaires est sa capacité à reported to parasitize Drosophilidae larvae breeding in mushrooms (Yorozuya 2006; Ideo dehostslaof parthénogenèse thélytoque et al. 2008).induire However, major A. japonica, A. tabida, and G. xanthopoda are known chez les espèces haplo-diploïdes comme les hyménoptères. to be Drosophilidae larvae breeding on fermenting fruits (Vet and Bakker 1985; Janssen et Chez lesThus, espèces non infectées, sont haploïdes et issus d’œufs non fécondés alors que les al. 1988; Ideo et al. 2008). parasitoids attacking Drosophilidae larvaeles often mâles differ in habitats; some search larvae on mushrooms, some on fruits, and some on decayed leaves, femelles sont diploïdes et issues d’œufs fertilisés. Dans les espèces infectées, la bactérie est capable although their habitat selection is not always rigid (Janssen et al. 1988; Ideo et al. 2008). de restaurer la diploïdie des œufs non fécondés qui se développent alors en femelles. Des femelles Methods vierges auront donc une descendance composée entièrement de femelles. Cette manipulation Collections were carried out in Sapporo (43.1uN, 141.3uE), Sendai (38.2uN, 140.9uE), Tokyo (35.6uN, 139.4uE), Kagoshima 130.5uE), Amami-oshima (28.4uN, transforme ainsi(31.5uN, le sexe non transmetteur (mâles) en sexe transmetteur (femelle), ce qui permet à la 129.5uE), Okinawa (26.2uN, 127.7uE), and Iriomote-jima (24.3uN, 123.8uE) (Figure 1). bactérie d’envahir les arepopulations. L’infection par ce type de Wolbachia a des Sapporo and Sendai are located in a cool-temperate rapidement region, Tokyo and Kagoshima in a warm-temperate region, and Amami-oshima, Okinawa and Iriomote-jima are in a importantes sur le régime de reproduction des espèces infectées et leur diversification subtropical conséquences region. In Sapporo, collections were carried out in domestic areas (about 50 m above sea level) &high Vavre 201110 times ; Vavre Kremer 2014). En particulier, dans quasiment toutes ces espèces, and forests (Ferrari at low (100 m) and (600 m) altitudes from June & to September in 2004–2006. In Tokyo, collections were carried out in domestic areas and lightly wooded esttimesàfrom l’origine deautumn la inmise en place d’une reproduction asexuée, un processus qui peut areas at lowWolbachia altitudes (100–200 m) 29 early spring to late 2002–2005. At the remaining localities, collections were carried out in domestic, lightly wooded areas conduire à(50–200 une m)évolution rapide du(2004) génome. and/or forests at low altitudes two or three times; i.e. in June and September (2003 and 2004) in Sendai, in May (2004) and July (2006) in Kagoshima, in Populationsinfectées à Thélytoquie à Perte delasexualité Populationsnon-infectées à Arrhénotoquie à Sexualité Figure 1. Collection localities. Si dans la plupart des espèces Wolbachia est fixée (i.e., tous les individus sont infectés), il existe quelques cas où coexistent 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- MASTERBIOSCIENCES ECOLE NORMALE SUPERIEURE DE LYON 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