Ecologie évolutive du priming immunitaire chez le ténébrion meunier, Tenebrio molitor

par Julien Dhinaut

Thèse de doctorat en Biologie des populations et écologie

Sous la direction de Yannick Moret.

Soutenue le 06-12-2017

à Bourgogne Franche-Comté , dans le cadre de École doctorale Environnements, Santé (Dijon ; Besançon ; 2012-....) , en partenariat avec Biogéosciences (Dijon) (laboratoire) .

Le président du jury était Thierry Rigaud.

Le jury était composé de Christine Coustau, Benjamin Gourbal.

Les rapporteurs étaient Joël Meunier, Aurélie Tasiemski.


  • Résumé

    Il est maintenant connu que de nombreux invertébrés peuvent moduler leur réponse immunitaire en fonction de leur expérience immunologique. Ce phénomène est appelé priming immunitaire. Si les mécanismes du priming immunitaire restent encore assez méconnus, il a pour conséquence d’apporter un bénéfice aux individus lors d’une seconde rencontre avec un agent pathogène, via une élévation de leur immunocompétence. Une caractéristique assez étonnante du priming immunitaire est qu’il peut se manifester chez la descendance. Ce transfert trans-générationnel d’immunité (TTGI), ainsi que le priming immunitaire, doivent avoir évolués à la suite de challenges répétitifs par les mêmes agents pathogènes durant la vie des individus et au fil des générations. Ainsi, le priming et le TTGI doivent être plus efficaces et moins coûteux vis à vis des parasites exposant l’hôte à la plus grande probabilité de réinfection. De plus, il est maintenant prouvé que la réponse immunitaire chez les insectes est génétiquement variable. Pour comprendre l’évolution du TTGI et de son potentiel de réponse à la sélection, il convient d’étudier la composante génétique de sa variabilité. Au cours de cette thèse, j’ai associé l’expression du priming et du TTGI chez un insecte à un type de bactéries, qui a du agir comme la principale pression de sélection sur le système immunitaire de cette espèce hôte. Cela s’est fait via l’identification de différents coûts et bénéfices, qui ont également mis en exergue certains mécanismes possibles dans la réalisation de ces phénomènes immunitaires. Pour ce faire, j’ai utilisé comme organisme modèle le ténébrion meunier, Tenebrio molitor.Dans le premier chapitre, nous avons étudié la survie d’individus adultes de T. molitor face à une infection bactérienne, en fonction de leur propre expérience immunitaire ou de celle de leur mère. Nous avons constaté que le priming et le TTGI étaient plus efficaces et moins coûteux vis à vis des bactéries à Gram-positif. Cetté étude a également révélé que, contrairement à ce que de précédentes recherches suggérent, les hémocytes ne jouent pas nécessairement un rôle majeur dans le priming immunitaire et le TTGI.Dans le deuxième chapitre, nous avons stimulé le système immunitaire de femelles adultes de T. molitor avec deux bactéries Gram-positives. Nous avons mis en évidence que la protection transmise aux oeufs pouvait résulter d’un transfert maternel de peptides antibactérien, ou que ces peptides pouvaient être produits par l’œuf lui-même, en fonction de la bactérie utilisé pour stimuler la mère. Il s’avère que quel que soit le mécanisme, le TTGI améliore le taux d’éclosion des œufs et peut même s’accompagner d’un bénéfice en survie pour les jeunes larves.Dans le troisième chapitre, nous avons stimulé le système immunitaire de femelles de lignées consanguines afin de quantifier la variation génétique de l'investissement maternel à la protection des œufs et mesuré d’autres traits associés à la valeur sélective des mères et de la descendance. Malheureusement, du fait d’un nombre trop faible de lignées et d’individus utilisés au sein de nos lignées, il nous a été impossible de conclure quant à l’existence de bases génétiques associées au TTGI.Dans le quatrième chapitre, nous avons passé en revue l’ensemble des études concernant le TTGI. Cela nous a permis de mettre en exergue les principales caractéristiques et les mécanismes identifiés, en fonction de l’écologie et de l’évolution du phénomène.Les bénéfices et les coûts associés au priming ainsi qu’au TTGI suggèrent que les bactéries à Gram-positif ont été la principale pression de sélection ayant contraint l’évolution du système immunitaire de T. molitor. En ce qui concerne le TTGI, de plus amples recherches sont nécessaires afin de trancher quant à l’existence de bases génétiques associées au phénomène.

  • Titre traduit

    Evolutionary ecology of immune priming in the mealworm beetle, Tenebrio molitor


  • Résumé

    Many organisms can improve their immune response as a function of their immunological experience, a phenomenon called immune priming. While the mechanisms through which immune priming is achieved remain unknown, individuals that survived to a given parasite are better protected against subsequent exposures. This immune priming can cross generations (trans-generational immune priming – TGIP), preparing offspring for prevailing parasite environment. Both individual and trans-generational immune priming might be adaptive and may have evolved from repeated challenges by the same pathogens during the host lifetime or across generation. While protection could be cross-reactive, a certain level of specificity may exist in response to the range of pathogens from which immue priming may have evolved. Thus, immune priming and TGIP should be more efficient and less costly with respect to pathogens exposing the host to the greatest probability of re-infection. Moreover, it is now known that insect immune response is genetically variable. To understand the evolution of TGIP and its impact on life history evolution, we need to explore its quantitative genetics. During my thesis, I found that the expression of individual immune priming and TGIP in the mealworm beetle, Tenebrio molitor, is dependent of a range of pathogens that might have been a major selective pressure on the immune system of this insect species. This was done through the characterisation of costs and benefits of the expression of immune priming in response to challenges with a large range of bacterial pathogens. This work also highlighted potential mechanisms through which these immune phenomena could be achieved.In a first chapter of this thesis, we examined the survival of individuals to infection with different bacteria according to their own immunological experience or that of their mother with these bacteria. We found that priming response to Gram-positive bacteria was particularly more efficient and less costly than priming response to Gram-negative bacteria. This study also shows that, contrary to what is currently believed, the cellular component of the T. molitor immune system does not necessarly play a major role in providing immune protection through individual immune priming or TGIP.In a second chapter, we have stimulated the immune system of adult females with two Gram-positive bacteria to study maternal transfer of immunity to the eggs. We found that the process throght which eggs are protected is dependent on the bacterial pathogen used to immune challenge the mother. Indeed, depending of the bacterial pathogen that immune challenged the mother, antibacterial activity in the eggs are either transfeered by the mother or produced by the egg itself, Furthermore, whatever the mechanism through which egg protection was achieved, primed eggs exhibited enhanced hatching rate and the resulting larvae even showed improved early survival to food privation.In a third chapter, we used inbred lines of T. molitor to study the quantitative genetics of TGIP. The aim of this work was to test whether TGIP could be heritable and whether its expression is genetically associated to other fintness traits of mothers and offspring. Unfortunately, due to a low number of inbred lines available and a low number of samples within some of these lines, it was impossible to conclude about the genetic basis associated to TGIP.In a fourth chapter, we produced a review on TGIP. This allowed us to highlight the main characteristics and mechanisms curently identified, and the ecology and the evolution of the phenomenon.Costs and benefits associated to immune priming and TGIP suggest that Gram-positive bacteria might have been a major selective pressure at the origin of these phenomena in T. molitor. Whether TGIP has genetic basis still required further research.


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