Microsporidia infections in Caenorhabditis elegans and related nematodes

par Gaotian Zhang

Thèse de doctorat en Génomique

Sous la direction de Marie-Anne Félix et de Xiaoming Wang.

Soutenue le 23-02-2017

à Paris Sciences et Lettres en cotutelle avec l'East China Normal University (Shanghai) , dans le cadre de École doctorale Complexité du vivant (Paris) , en partenariat avec Institut de biologie de l'Ecole Normale Supérieure (Paris) (laboratoire) et de École normale supérieure (Paris ; 1985-....) (Etablissement de préparation de la thèse) .

Le président du jury était Lionel Pintard.

Le jury était composé de Marie-Anne Félix, Xiaoming Wang, Lionel Pintard, Frédéric Delbac, Alice Lebreton, Tianhou Wang.

Les rapporteurs étaient Frédéric Delbac, Hinrich Schulenburg.

  • Titre traduit

    Microsporidies, Caenorhabditis elegans, et autres nématodes : biologie et caractérisation de leurs interactions


  • Résumé

    Les microsporidies sont des pathogènes intracellulaires obligatoires apparentés aux champignons. Elles infectent de nombreux animaux, dont le nématode Caenorhabditis elegans. La première microsporidie isolée d’une souche de C. elegans sauvage a été nommée Nematocida parisii. L’interaction entre N. parisii et C. elegans est devenue un puisant modèle pour l'étude des interactions hôte-pathogène. Cependant, ce modèle a été récemment découvert et de nombreux détails sur son écologie et sa biologie restaient inconnus. Notamment, nous ignorions l’incidence et la diversité des infections microsporidiennes chez C. elegans et autres nématodes dans la nature.A partir d’une collection de nématodes, de la famille des Rhabditidae, échantillonnés dans le monde entier, j’ai recensé un panel de 47 nématodes présentant des symptômes d’infection par des microsporidies. J’ai caractérisé moléculairement la diversité de ce parasite infectant ces nématodes et déterminé que N. parisii est la microsporidie la plus souvent responsable des infections chez C. elegans dans la nature. J’ai également décrit et nommé six nouvelles espèces de Nematocida. Au cours de mes travaux, j’ai aussi défini deux nouveaux genres de microsporidies génétiquement distincts de Nematocida, appelés Enteropsectra et Pancytospora. Mes travaux ont de plus détaillé la diversité qui existe chez les microsporidies parasites de nématodes. Ces microsporidies présentent des différences en terme de taille et forme de leurs spores, de leur tropismes tissulaire et intracellulaire chez l’hôte, de leur voie de sortie des cellules hôtes mais aussi de spectre d’hôtes. Mes résultats ont démontré que, dans la nature, les infections de C. elegans et autres nématodes par les microsporidies sont répandues et diverses.De plus, j’ai estimé la variation naturelle pour la sensibilité de C. elegans à l'infection par N. ausubeli. J’ai notamment comparé 10 souches naturelles de C. elegans en utilisant des tests de consommation alimentaire. Deux souches de C. elegans, JU1249 et JU2825, présentaient des niveaux contrastés de sensibilité, ce que j’ai interprété comme étant une différence de niveau de tolérance aux infections. Ces deux souches se sont révélées être de bons candidats pour une future caractérisation des loci génétiques associés à la variation de sensibilité de C. elegans aux infections microsporidiennes. Enfin, j’ai observé un effet surprenant de l'infection de C. elegans par les microsporidies. En effet, la présence du pathogène est capable de supprimer le déclin progressif de la fécondité à haute température chez certaines lignées de C. elegans.


  • Résumé

    Microsporidia are fungi-related intracellular pathogens that infect a great variety of animals, including the nematode Caenorhabditis elegans. The first microsporidia isolated from wild C. elegans was named Nematocida parisii in 2008. C. elegans and N. parisii have been used as a powerful model for the study of host-pathogen interactions. However, it was unclear how widespread and diverse microsporidia infections are in C. elegans or other related nematodes in the wild.By sampling rhabditid nematodes worldwide, we established a collection of 47 nematodes that displayed putative microsporidia infections. We characterized molecularly these infections and determined that N. parisii (or N. ironsii) is the most common microsporidia infecting C. elegans in the wild. We further described and named six new Nematocida species. In addition, we defined two new genera of nematode-infecting microsporidia, named Enteropsectra and Pancytospora, which are genetically distinct from Nematocida. Further investigations showed that these microsporidia are diverse in terms of spore size and shape, host tissue tropism, host cell intracellular localization, cellular exit route, host specificity pattern, etc. Overall, these findings illustrate the widespread and diverse microsporidia infections in C. elegans and related nematodes in the wild.We further assayed the natural variation of C. elegans in sensitivity to N. ausubeli infection, by comparing 10 C. elegans strains using food consumption tests. Two C. elegans strains, JU1249 and JU2825, displayed the largest sensitivity differences, which were suggested to be a result of the different tolerance between the two strains. These two strains are proven to be good candidates for future studies on the genetic loci associated with C. elegans sensitivity variation to microsporidian infections. Furthermore, I observed an exciting effect of host-pathogen interaction. Microsporidia infection is able to suppress the progressive decline in fertility in some C. elegans with the mortal germline phenotype (Mrt).


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