Rôle de la régulation génique dans l'adaptation : approche par analyse comparative du transcriptome de drosophile

par François Wurmser

Thèse de doctorat en Biologie

Sous la direction de Dominique Joly et de Catherine Montchamp-Moreau.


  • Résumé

    Cette thèse a été consacrée à l'évolution du transcriptome de Drosophila simulans, et à son rôledans l'adaptation et la spéciation. L'étude a comporté deux parties. La première utilisant des pucesà ADN pour comparer les transcriptomes de populations de D. simulans, de son espèce jumelleD. sechellia, et de leurs hybrides. La seconde basée sur la quantification des transcrits par séquen-çage haut débit pour comparer une population de la zone d'origine (Afrique), et une populationd'une zone récemment envahie (France métropolitaine). Ces analyses ont mis en évidence plusieursgroupes ou familles de gènes montrant des variations d'expression.Un résultat majeur est l'implication prépondérante de la famille des cytochromes P450 dansl'adaptation. Cette superfamille composée de 85 gènes chez D. simulans est notamment importantepour la détoxi_cation des xénobiotiques. L'expression de plusieurs gènes de cette famille estfortement réduite chez D. sechellia, probablement à cause de la spécialisation de cette espèce surla plante Morinda citrifolia (plante toxique pour les autres drosophiles). On peut s'attendre alorsà un relâchement des contraintes de sélection sur cette famille de gènes, dû à une forte réductionde la diversité des toxines auxquelles cette espèce est exposée.Ces gènes sont également impliqués dans la différenciation entre les populations de la zoneancestrale de D. simulans et les populations dérivées. La zone ancestrale, en Afrique de l'est etdans les îles de l'Océan Indien occidental, est encore peu anthropisée. A contrario, la plupartdes populations dérivées, comme ici notre population de la vallée du Rhône, sont exposées à descontraintes chimiques sous la forme de pesticides utilisés massivement sur les grandes cultures.Ces pesticides contraignent les populations dérivées à s'adapter, ce qui peut se réaliser par uneaugmentation de l'expression. Nous avons détecter une augmentation de l'expression de treizeP450, dont un gène très bien connu pour ses fonctions de détoxifcation : Cyp6g1. Ce gène montreune augmentation d'expression corrélée à une résistance aux pesticides et à l'insertion d'élémentstransposables en 5' ; ceci a été montré en détail chez D. melanogaster, et dans une moindre mesurechez D. simulans. Nous avons mis en évidence chez cette dernière espèce un nouvel évènementd'insertion.Nos résultats montrent également que d'autres familles de gènes impliqués dans les détoxi_-cations sont concernées par ces augmentations d'expression liées à l'anthropisation des milieux,notamment les Glutathion transfèrases (GST).Nous avons également examiné la plasticité d'expression liée au changement de ressource, enélevant une partie de nos populations sur la ressource d'origine (fruits), et une autre partie sur lemilieu axénique, milieu d'élevage standard de laboratoire (stérile). Les drosophiles élevées sur unmilieu "naturel" montrent une forte activation du système immunitaire, et notamment une forteinduction des gènes effecteurs de l'immunité innée, codant les peptides anti-microbiens. Cela estprobablement dû à la présence de microorganismes sur ce milieu (ici, la banane). En conclusion,cette thèse a révélé des familles de gènes fortement impliquées dans les différenciations d'expressionentre populations, espèces, et ressources, posant les jalons d'une meilleure compréhension desmécanismes d'adaptation du transcriptome.

  • Titre traduit

    Role of gene regulation in adaptation : comparative analysis of the transcriptome of Drosophila


  • Résumé

    The topic of this thesis was the evolution of the transcriptome of Drosophila simulans, andits role in adaptation and speciation. First, we used microarrays to compare transcriptomes ofpopulations of D. simulans, its sister species D. sechellia and their hybrids. Second, we useda RNA-seq like approach to quantify gene expression of a population from the ancestral range(Africa) on the one side, and a population from a recently invaded zone (France) on the other side.These analyses revealed several gene groups or families showing gene expression variations.One main result is the major involvement of the cytochrome P450 gene family in adaptation.This superfamily is composed of 85 genes in D. simulans, and is notably important in detoxificationof xenobiotics. The expression of several genes of this family is strongly reduced in D. sechellia,likely due to the specialization of this species on Morinda citrifolia (a plant toxic for any otherdrosophila). This specialization may strongly reduce the diversity of toxines this species is exposedto, thus relaxing selective constraints on this gene family.These genes are also involved in the differentiation between populations of the ancestral range ofD. simulans and derived populations. The ancestral range, in eastern Africa and in the occidentalislands of the Indian Ocean, is not highly anthropized yet. Contrasting with this pattern, manyderived populations (here our population from the Rhône valley) are exposed to chemical pressuresdue to the massive use of pesticides on agricultural zones. These pesticides force derived populationsto adapt, which can happen via increased expression in genes such as the very famous exampleof Cyp6g1. This gene shows a strong increase in expression correlated with pesticide resistance aswell as the insertion of transposable elements upstream of the gene ; this was described in detailsin D. melanogaster, and to some extent in D. simulans. We have shown a novel insertion event inthe latter species.Our results also reveal the involvement of other gene families in detoxification linked withanthropized environment via increase of gene expression, notably the Glutathione transferases(GST).We also examined expression plasticity linked with resource change, raising half our _ies ontheir natural food resource (fruits), and the other half on axenic medium (standard sterile laboratorymedium). Drosophila raised on their natural medium show a strong activation of their immunesystem, and notably an induction of the effectors of teir innate immunity, the anti-microbial peptides.This observation can be explained by the presence of microorganisms on this medium (here,banana). To conclude, this thesis revealed gene families strongly involved in expression differentiationamong populations, species and food resources, paving the way of a better understanding ofmechanisms of adaptation of the transcriptome.


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