Réponse immunitaire de l`hôte dans la symbiose bactérienne

N° d’ordre 2006-ISAL-00107 Année 2006
Thèse
Réponse immunitaire de l'hôte dans la
symbiose bactérienne intracellulaire du
charançon Sitophilus zeamais
présentée devant
L’Institut National des Sciences Appliquées de Lyon
pour obtenir
le grade de docteur
Ecole doctorale : Evolution, Ecosystèmes, Microbiologie et Modélisation
Spécialité : Analyse et Modélisation des Systèmes biologiques
Par
Caroline ANSELME
Soutenue le 6 Décembre 2006 devant la Commission d’examen
Jury
LEMAITRE Bruno Rapporteur
BOUCHON Didier Rapporteur
FLEURY Frédéric Examinateur
MOYA Andrés Examinateur
VOLKOFF Anne-Nathalie Examinateur
HEDDI Abdelaziz Directeur

2005
SIGLE ECOLE DOCTORALE NOM ET COORDONNEES DU RESPONSABLE
CHIMIE DE LYON
Responsable : M. Denis SINOU
M. Denis SINOU
Université Claude Bernard Lyon 1
Lab Synthèse Asymétrique UMR UCB/CNRS 5622
Bât 308
2
ème
étage
43 bd du 11 novembre 1918
69622 VILLEURBANNE Cedex
Tél : [phone] Fax : [phone]
[e-mail]
E2MC
ECONOMIE, ESPACE ET MODELISATION
DES COMPORTEMENTS
Responsable : M. Alain BONNAFOUS
M. Alain BONNAFOUS
Université Lyon 2
14 avenue Berthelot
MRASH M. Alain BONNAFOUS
Laboratoire d’Economie des Transports
69363 LYON Cedex 07
Tél : [phone]
Alain.bonnafous∂ish-lyon.cnrs.fr
E.E.A.
ELECTRONIQUE, ELECTROTECHNIQUE,
AUTOMATIQUE
M. Daniel BARBIER
M. Daniel BARBIER
INSA DE LYON
Laboratoire Physique de la Matière
Bâtiment Blaise Pascal
69621 VILLEURBANNE Cedex
Tél : [phone] Fax [phone]
[e-mail]
E2M2
EVOLUTION, ECOSYSTEME,
MICROBIOLOGIE, MODELISATION
http://biomserv.univ-lyon1.fr/E2M2
M. Jean-Pierre FLANDROIS
M. Jean-Pierre FLANDROIS
UMR 5558 Biométrie et Biologie Evolutive
Equipe Dynamique des Populations Bactériennes
Faculté de Médecine Lyon-Sud Laboratoire de Bactériologie BP
1269600 OULLINS
Tél : [phone] Fax [phone]
E2m2∂biomserv.univ-lyon1.fr
EDIIS
INFORMATIQUE ET INFORMATION
POUR LA SOCIETE
http://www.insa-lyon.fr/ediis
M. Lionel BRUNIE
M. Lionel BRUNIE
INSA DE LYON
EDIIS
Bâtiment Blaise Pascal
69621 VILLEURBANNE Cedex
Tél : [phone] Fax [phone]
[e-mail]
EDISS
INTERDISCIPLINAIRE SCIENCES-SANTE
http://www.ibcp.fr/ediss
M. Alain Jean COZZONE
M. Alain Jean COZZONE
IBCP (UCBL1)
7 passage du Vercors
69367 LYON Cedex 07
Tél : [phone] Fax : [phone]
[e-mail]
MATERIAUX DE LYON
http://www.ec-lyon.fr/sites/edml
M. Jacques JOSEPH
M. Jacques JOSEPH
Ecole Centrale de Lyon
Bât F7 Lab. Sciences et Techniques des Matériaux et des
Surfaces
36 Avenue Guy de Collongue BP 163
69131 ECULLY Cedex
Tél : [phone] Fax [phone]
[e-mail]
Math IF
MATHEMATIQUES ET INFORMATIQUE
FONDAMENTALE
http://www.ens-lyon.fr/MathIS
M. Franck WAGNER
M. Franck WAGNER
Université Claude Bernard Lyon1
Institut Girard Desargues
UMR 5028 MATHEMATIQUES
Bâtiment Doyen Jean Braconnier
Bureau 101 Bis, 1
er
étage
69622 VILLEURBANNE Cedex
Tél : [phone] Fax : [phone]
[e-mail]
MEGA
MECANIQUE, ENERGETIQUE, GENIE
CIVIL, ACOUSTIQUE
http://www.lmfa.ec-lyon.fr/autres/MEGA/index.html
M. François SIDOROFF
M. François SIDOROFF
Ecole Centrale de Lyon
Lab. Tribologie et Dynamique des Systêmes Bât G8
36 avenue Guy de Collongue
BP 163
69131 ECULLY Cedex
Tél :[phone] Fax : [phone]
[e-mail]

À ma famille, mes parents et ma sœur qui m’ont soutenue toutes
ces années et qui m’ont permis d’en arriver là… Merci...
Remerciements
Mes remerciements vont aux rapporteurs : Didier Bouchon et Bruno Lemaitre ainsi qu’aux membres du
jury : Frédéric Fleury, Andrés Moya et Anne-Nathalie Volkoff pour avoir accepté de juger ce travail.
Merci également à Pierre Couble, Bernard Duvic, Gérard Febvay et Phillipe Normand pour les discus-
sions constructives menées lors des réunions du comité de pilotage.
Je tiens à remercier tout particulièrement Aziz Heddi, mon directeur de thèse, pour ces quatre années
de recherche passionnantes, pour son optimisme et surtout pour tout ce que j’ai appris…
Un grand merci à Agnès Vallier, sans qui ce travail ne serait pas ce qu’il est. Merci pour son encadre-
ment technique, son aide, son soutien et toutes les heures qu’elle a passées sous la loupe…
Merci aussi à Carole Vincent-Monégat pour son aide, ses précieux conseils -surtout sa technique de
“digestion micro-onde”- et pour toutes nos discussions enrichissantes...
Merci également à Séverine Balmand pour son aide en histologie et Marjolaine Rey pour son aide lors
de l’identification des peptides antibactériens du charançon... en espérant qu’elles ne m’en voudront
pas trop de les avoir embarquées avec moi dans cette galère…
Mes remerciements vont aussi à Gabrielle Duport pour les pucerons aposymbiotiques, Yvan Rahbé pour
son aide et ses conseils à de nombreuses reprises, Paul Nardon pour ses conseils en histologie et
pour avoir partagé avec moi ses connaissances sur le modèle charançon, Anne-Marie Grenier pour la
correction de ce manuscrit et Hubert Charles pour son aide précieuse en statistiques, la lecture criti-
que de cette thèse et son soutien en période de crise…
Merci également à Marie-Odile Fauvarque et toute l’équipe pour nous avoir accueillis à Grenoble, moi et
mes charançons, pour le travail avec Pseudomonas.
Merci à Vicente Pérez-Brocal, Amparo Lattore et Andrés Moya pour le séquençage des EST de charan-
çon et de puceron et à Delphine Charif pour le travail qu’elle a effectué sur ces séquences.
Enfin, je tiens à remercier Gérard Febvay et tous les membres du laboratoire pour leur accueil et leur
soutien au cours de ces quatre années… avec une mention spéciale pour toutes les petites mains qui
m’ont aidée à dissequer les grains de blé, pour Gaby, Isa et Heidi pour les séances “anti-stress” à la
salle de sport et pour Alain qui a régulièrement fleuri mon bureau.
Merci aussi à tous mes amis pour leur soutien,
Merci à Federica pour avoir été là quand j’en avais besoin,
Merci à Jeremy, mon complice,
Et enfin merci à Frédéric, tout simplement.

Sommaire
ANSELME Caroline 4
Thèse au laboratoire BF2I / 2006
Institut National des Sciences Appliquées de Lyon

Sommaire
ABREVIATIONS ................................................................................................................................................................8
INTRODUCTION ...............................................................................................................................................................9
SYMBIOSE ET IMMUNITE INNEE ...............................................................................................................................12
1 CONTEXTE BIOLOGIQUE : LA SYMBIOSE................................................................................ 13
1.1 Les différentes définitions et classifications de la symbiose.......................................... 13
1.2 La symbiose intracellulaire chez les insectes................................................................ 14
1.2.1 Biologie de la symbiose intracellulaire chez les insectes .....................................................14
1.2.1.1 Niveau d’intégration des endocytobiotes.............................................................................14
1.2.1.2 Rôle des endocytobiotes primaires, impact physiologique ...................................................16
1.2.1.3 Aspects moléculaires des interactions hôte-symbiote...........................................................17
1.2.2 Evolution des génomes des bactéries symbiotiques intracellulaires......................................19
1.2.2.1 Augmentation de la vitesse d’évolution...............................................................................19
1.2.2.2 Réduction de la taille des génomes des endocytobiotes........................................................20
1.3 Caractéristiques du modèle Sitophilus spp................................................................... 22
1.3.1 Développement de l’insecte et description des structures symbiotiques ...............................23
1.3.1.1 Transmission des symbiotes et embryogenèse .....................................................................24
1.3.1.2 Le développement du bactériome larvaire ...........................................................................24
1.3.1.3 Développement des bactériomes des cæcums mésentériques................................................25
1.3.2 Quelques aspects de l’interaction hôte-symbiote .................................................................26
1.3.2.1 Devenir des structures symbiotiques chez les insectes aposymbiotiques...............................26
1.3.2.2 Contrôle de la densité bactérienne par l’hôte.......................................................................26
1.3.3 Aspects évolutifs de la symbiose chez Sitophilus ................................................................27
1.3.3.1 Caractéristiques du génome de SOPE..................................................................................27
1.3.3.2 Histoire évolutive de la symbiose chez les Dryophthoridae..................................................27
2 L’IMMUNITE INNEE .............................................................................................................. 30
2.1 La réponse cellulaire................................................................................................... 33
2.1.1 La phagocytose par les plasmatocytes.................................................................................33
2.1.2 L’encapsulation par les lamellocytes ..................................................................................34
2.1.3 Les cellules à cristaux et la mélanisation ............................................................................34
2.2 La réponse humorale : synthèse des peptides antimicrobiens........................................ 34
2.2.1 Le corps gras : la réponse systémique.................................................................................35
2.2.1.1 La voie Toll .......................................................................................................................35
2.2.1.2 La voie Imd .......................................................................................................................38
2.2.2 Les épithéliums : la réponse locale .....................................................................................39
2.2.3 Reconnaissance des microorganismes.................................................................................40
2.2.3.1 Les GNBP..........................................................................................................................40
2.2.3.2 Les PGRP ..........................................................................................................................41
2.2.4 Elimination des microorganismes par les peptides antimicrobiens .......................................48
2.3 La réaction de mélanisation......................................................................................... 50
2.4 Conclusion .................................................................................................................. 52
MATERIEL ET METHODES ..........................................................................................................................................53
1 INSECTES : ELEVAGE ET MATERIEL BIOLOGIQUE.................................................................... 54
1.1 Le charançon Sitophilus zeamais ................................................................................. 54
1.1.1 Elevage..............................................................................................................................54
1.1.2 Matériel biologique............................................................................................................54
1.1.2.1 Larves du quatrième stade et nymphes................................................................................54
1.1.2.2 Embryons...........................................................................................................................54
1.1.2.3 Ovocytes et bactériomes larvaires.......................................................................................54
1.2 Le puceron Acyrthosiphon pisum................................................................................. 55
1.2.1 Élevage..............................................................................................................................55
1.2.2 Matériel biologique............................................................................................................55
2 TECHNIQUES HISTOLOGIQUES............................................................................................... 55
2.1 Fixation des échantillons............................................................................................. 55
2.2 Double inclusion et coupe............................................................................................ 56
ANSELME Caroline 5
Thèse au laboratoire BF2I / 2006
Institut National des Sciences Appliquées de Lyon