Plataspidae - master EBE
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Strict Host-Symbiot Cospeciation and Reductive Genome Evolution in Insect Gut Bacteria Takahiro Hosokawa1,2,Yoshitomo Kikuchi1,3, Naruo Nikoh4, Masakazu Shimada2, Takema Fukatsu1* 19 Novembre 2010 Manon Sorais M1-EBE MNHN Introduction Mutualisme obligatoire: Système d’association entre 2 organismes qui profitent chacun de la présence de l’autre: → Acquisition de nouvelles fonctions → Répercutions évolutives Introduction Les bactéries endosymbiotiques obligatoires des insectes: - Bactéries endocellulaires - Echanges vitaux: →Bactérie: profite de la machinerie cellulaire de l’hôte pour accomplir son métabolisme →Insecte: profite des nutriments essentiels produits par la bactérie Buchnera spp, endosymbiote obligatoire des pucerons Introduction Les bactéries endosymbiotiques obligatoires des insectes: - ASSOCIATIONS FORTES, obligatoire pour la survie des organismes - Transmission verticale « stricte » des bactéries → Répercutions évolutives Wigglesworthia spp, endosymbiote de la mouche tsétsé Introduction Répercutions évolutives: CO-SPECIATION → Phylogénies « miroir » des deux organismes → Paterne génomique particulier (bactérie): - séquence nucléotidique riche en A-T - évolution accélérée - réduction du génome Introduction Une bactérie ECTOSYMBIOTIQUE obligatoire d’une punaise: Famille des Plataspidae M. cribraria B. subaeneus C. parvipictum Introduction Une bactérie ECTOSYMBIOTIQUE obligatoire d’une punaise: ᵞ Bactérie : Protobactérie Ectosymbiose = Mutualisme moins fréquent → chez les Plataspidae, la bactérie se trouve à la surface de la cavité de l’intestin : DANGER → Co-spéciation peu probable Introduction Une bactérie ECTOSYMBIOTIQUE obligatoire d’une punaise: OR Plataspidae spp: CAPSULE SYMBIOTIQUE = adaptation des femelles pour la réception et la transmission verticale du symbiote. Signature d’une Co-évolution! Problematiques Existe-t-il une co-spéciation hôtesymbiote, dans le cas des Plataspidae et de leur bactérie de l’intestin? Si oui, les particularités génomique coévolutives sont-elles réellement la conséquence du mode de vie endosymbiotique? Hypothèse ■ Il y a co-spéciation entre les Plataspidae et leur bactérie de l’intestin. Methode Les adaptations structurales à l’ectosymbiose obligatoire chez l’insecte; Les répercutions évolutives de l’ectosymbiose obligatoire sur le génome de la bactérie; Le rôle de la bactérie et la nécessité de l’association hôte-symbiote; La phylogénie de l’hôte et du symbiote Méthode Espèces étudiées en laboratoire C. parvipictum M. cribraria B. subaeneus Espèces étudiées in-situ C. scutellatum M. punctatissima Résultats L’intestin des femelles Plataspidae (adultes) Dissection: Partie postérieure spécialisée de l’intestin médian Intestin médian de M. cribraria Hosokawa et al., 2006 - TCM, partie à paroi intestinale fine: soutient du symbiote - SCM, partie à paroi intestinale épaisse: sécrétion de la matrice - BEM, partie brune: production de l’enveloppe de la capsule Hosokawa et al., 2006 Anatomie UNIQUE • Nymphe: intestin continu Intestin médian de M. cribraria • Adulte: Déconnexion de l’intestin médian → La partie antérieur (AEM) absorbe les nutriments et excrète les déchets: aucun aliment n’arrive à la partie postérieure → Le TMC prend du volume pour accueillir un grand nombre de symbiotes La partie postérieure de l’intestin médian devient un pseudo-bactériome, UNIQUEMENT CHEZ LES FEMELLES Résultats Production de capsules symbiotiques par les femelles Plataspidae In-situ ou en laboratoire, chez toutes les espèces Plataspidae, on retrouve des capsules symbiotiques dans la substance sombre déposée par les femelles sur les œufs, au cours de la ponte. La spécilalisation de la partie postérieure de l’intestin médian des femelles pour la production de capsules semble très conservée chez tous les Plataspidae. Résultats Empreintes génomiques du mutualisme obligatoire chez la bactérie Rappel: Mutualisme obligatoire chez les endosymbiotes → répercutions génomiques Trouve-t-on ces empreintes génomiques du mutualisme chez les ectosymbiotes? Résultats Richesse Nucléotidique en A-T Type de bactérie Bactéries indépendantes Bactéries endosymbiotes Bactéries des Plataspidae % en A-T ARNr 16S 45% 50% → 64% 50% → 54% La composition nucléotidique les bactéries des Plataspidae se rapproche de celle des bactéries endosymbiotes obligatoire → CO-SPECIATION Résultats Evolution génomique →Taux d’évolution similaire à celui de Buchnera spp → CO-SPECIATION Résultats CO-SPECIATION Réduction du génome Type de bactérie Bactéries indépendantes Bactéries endosymbiotes Bactéries des Plataspidae Taille du génome E.coli 4,6 Mb Buchnera spp 0,45 → 0,65 Mb M.punctatissima: 0,82 Mb Taille du génome V. cholerae 4,0 Mb Wigglesworthia spp 0,70 Mb M.cribraria 0,82 Mb Taille du génome P. aeruginosa 6,3 Mb Blochmania spp 0,81 Mb C. parvipictum 0,83 Mb 4,96 Mb 0,836 Mb 0,823 Mb Moyenne Résultats Elimination des capsules symbiotiques des masses d’œufs → Production d’insectes sans symbiotes ► Groupe témoin: masses d’œufs non-traitées, conservent ses capsules symbiotiques. ► Groupe traité: œufs privés de capsules symbiotiques Résultats Elimination des capsules symbiotiques des masses d’œufs Nymphes avec symbiotes Groupe témoin 1 jour d’incubation Nymphes sans symbiotes Groupe traité Ingestion de débris de capsules Nymphes avec symbiotes Résultats Taux d’émergence des adultes → La présence du symbiote influence positivement la survie des nymphes →Les nymphes traitées survivantes n’ont pas de bactérie ou en possède, mais de plus petite taille Hosokawa et al., 2006 Résultats Répercutions morphologiques → Altération de la couleur chez les adultes asymbiotiques Hosokawa et al., 2006 Résultats Répercutions morphologiques → La taille du corps des adultes asymbiotiques est réduite Hosokawa et al., 2006 Résultats Insectes asymbiotiques → Pas de copulation! Sans la bactérie mutualiste de l’intestin, les insectes de la famille des Plataspidae ne se reproduisent pas ou ne survivent pas. Résultats Séquençage de l’ARNr 16S bactérien d’échantillon de TMC chez plusieurs Plataspidae 1) Les bactéries sont les mêmes au sein d’une même espèce de Plataspidae mais diffèrent d’une espèce à l’autre: → Une seule bactérie spécifique serait associée à chacune des espèces de Plataspidae Résultats Séquençage de l’ARNr 16S bactérien d’échantillon de TMC chez plusieurs Plataspidae 2) Groupe monophilétique, sœur des Buchnera aphidicola (bactéries endosymbiotiques obligatoires) → Groupe distinct et cohérant au sein des ᵞProtobactéries Résultats Phylogénie du symbiote VS phylogénie de l’hôte 7 taxas bacteriens → 10 395 arbres phylogénétiques possibles OR Algorithmes Un seul scénario évolutif! Résultats Congruence phylogénétique parfaite → Haute probabilité d’une unique infection bactérienne chez l’ancêtre commun des Plataspidae → Maintient à travers l’évolution des insectes. → Diversification parallèle stricte avec celle des insectes. Discussion Co-Spéciation hôte symbiote stricte évidente Particularités génétiques bactériennes non directement liée au mode de vie endosymbiotique Discussion Découvertes intéressantes →Nouvelles implications: - Plataspidae = modèles d’études - particularité génomiques: → D’où proviennent-elles? → Quelle est l’utilité de leur maintient universel chez les bactéries mutualistes obligatoires? Discussion Questions: ◦ Pourquoi le maintient du mode de vie ectosymbiotique? Mode de vie coûteux ◦ En quoi est-il plus avantageux que le mode de vie endosymbiotique? Merci
