Analyses comparatives des génomes et transcriptomes de deux espèces d’Amoebophrya distinctes en termes d'impact sur l'hôte

par Sarah Farhat

Thèse de doctorat en Sciences de la vie et de la santé

Sous la direction de Patrick Wincker.

Soutenue le 26-06-2018

à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Structure et Dynamique des Systèmes Vivants (Gif-sur-Yvette, Essonne) , en partenariat avec Génomique Métabolique (Evry, Essonne) (laboratoire) et de Université d'Évry-Val-d'Essonne (établissement opérateur d'inscription) .

Le président du jury était Cécile Fairhead.

Le jury était composé de Patrick Wincker, Cécile Fairhead, Franck Panabières, Fabrice Not, Isabelle Florent, Laure Guillou.

Les rapporteurs étaient Franck Panabières, Fabrice Not.


  • Résumé

    Les algues marines jouent un rôle essentiel dans les cycles biogéochimiques, étant entre autre responsables de la production de la moitié de l’oxygène atmosphérique. La dynamique environnementale de ces organismes reste très peu étudiée. Les Syndiniales (Alveolata), groupe de protistes parasites ubiquistes, restent mal connus à l'égard des autres membres du plancton marin. Parmi eux, la plupart des représentants infectant les dinoflagellés photosynthétiques appartiennent au groupe Amoebophrya, étant capables d’infecter certaines micro-algues toxiques responsables d’efflorescences (marées rouges). Cette virulence est extrême, car ils empêchent la reproduction de leur hôte et le tuent obligatoirement pour accomplir leur cycle de vie. Une tendance générale se dégage des études réalisées avec des cultures de différentes souches d’Amoebophrya : alors que certains groupes génétiques infectent une seule espèce de dinoflagellés, d'autres sont capables d'infecter plusieurs espèces, voire deux genres différents. Une telle spécialisation peut sembler paradoxal car le risque d’extinction est important si son hôte se raréfie ou développe une résistance. Au contraire, un parasitoïde généraliste doit s’adapter en permanence et/ou changer d’hôte pour survivre. De cette capacité à changer d’hôte dépend également la résilience des écosystèmes côtiers face à l’invasion d’une nouvelle espèce. Il est donc primordial de mieux comprendre les mécanismes permettant la spécialisation et l’adaptation à un nouvel hôte chez ce type de parasites. La spécificité de ces parasites pourrait s'expliquer, au moins en partie, par leur bagage génétique. L’objectif de cette thèse est donc d’identifier les différents mécanismes, au niveau moléculaire, utilisés tout au long du cycle de vie de deux souches d’Amoebophrya (l’une généraliste et l’autre spécialiste). Pour cela, le séquençage et l’assemblage des génomes et transcriptomes de ces organismes ont préalablement été réalisés pour permettre cette étude. Ainsi, durant cette thèse, l’annotation structurale et fonctionnelle des gènes des deux souches a été réalisée. Cela a permis de révéler des structures de gènes différentes des eucaryotes connus qui a impliqué de mettre en place un nouveau système d’annotation de gènes prenant en compte cette particularité. De plus, d’une part, on remarque une organisation orientée des gènes tout au long des chromosomes. Et d’autre part, ces gènes présentent un très faible pourcentage de pieds d’intron canoniques (GT-AG) en comparaison d’organismes eucaryotes connus. Ainsi, l’étude de la présence des composants du mécanisme d’épissage des gènes (le spliceosome) a été réalisée. Cette étude a montré la présence de la majorité des protéines nécessaires à la composition du spliceosome sans toutefois retrouver les snRNA connus pour l’identification des motifs GT-AG. Aussi, une analyse comparative des deux génomes d’Amoebophrya a montré une divergence génétique comparable à la divergence connue entre le poisson du genre Tetraodon et l’Homme. Toutefois, on a mis en évidence des régions de synténie bien conservées entre les deux organismes. L’expression des gènes d’Amoebophrya a été étudiée durant tout le cycle de vie du parasite. En effet, des échantillons ont préalablement été récoltés toutes les 6h couvrant un cycle de vie complet des parasites. Ainsi, une analyse différentielle de l’expression des gènes a été entreprise. Ce qui a permis d’identifier des effecteurs de pathogénicité de la souche spécifique et généraliste. Des pistes ont donc été révélées sur le mécanisme d’invasion mais aussi de la division cellulaire avec l’apparition de différences entre les deux souches. De plus, un mécanisme de défense du parasite a été identifié. En effet, le parasite semble se défendre d’un stress oxydatif pouvant provenir de l’hôte.

  • Titre traduit

    Comparative analysis of two Amoebophrya strain genomes and transcriptomes


  • Résumé

    Although little studied, many extremely virulent microeukaryotic parasites infecting microalgae have been detected in the marine plankton. Syndiniales (also called Marine Alveolates or MALV), which constitute a diverse and highly widespread group, are parasitoids (i.e. obligatorily killing their host to complete their life cycle). Because of their virulence and abundant offspring, such parasites have the potential to control dinoflagellate populations, and therefore toxic microalgal blooms. Noteworthy, Syndiniales are not the only group of protistean parasites infecting marine blooming dinoflagellates. However, Syndiniales is the only group known to gather specialised parasites. In culture, they exhibit a narrow host spectrum, generally infecting no more than 1-2 dinoflagellate species. In the field, the same parasitic species may infect the same host species, years after years. Coastal planktonic ecosystems are by nature characterized by strong environmental fluctuations. This should theoretically lead to the natural selection of generalistic parasites at the expense of specialists. Thus, the persistence and ecological success of specialists among marine planktonic parasites is an intriguing paradox and a potential limitation to dinoflagellate blooms.The overarching goal of this thesis is to unveil the molecular components, mechanisms and evolutionary forces of two Amoebophrya parasites (one generalist and one specialist). For that purpose, the complete Amoebophrya genomes and transcriptomes have been fully sequenced (using deep coverage Illumina sequencing) and assembled prior to start of the thesis.Structural and functional gene annotation was done in order to analyze the molecular components triggered during the two distinct Amoebophrya strains life cycle. The classic genome annotation pipeline used for eukaryotic genomes turned out to be unfit for the annotation of these Amoebophrya strains. Therefore, we have set up a new annotation pipeline based on transcriptomic data covering the complete life cycle of the parasite. In fact, wide genome analysis revealed that Amoebophrya genes had an oriented organization. Moreover genes structure did not follow the GT-AG usage observed in eukaryotes. Hence, the different components of the splicing machinery (the spliceosome) were searched to identify the differences with the known eukaryotic spliceosomal machinery. The majority of the genes were identified but snRNAs known to be attached to the intron boundaries were not found. Also, a vast evolutionary distance was observed between the specific and generalist strains, similar to that observed for example between human and the globe fish Tetraodon. Nevertheless, conserved syntenic regions were identified, opening new perspectives on how these two strains evolved.Gene expression was also studied all along these parasites life cycle. In fact, samples were extracted every 6 hours covering a complete life cycle. A differential gene expression analysis was performed to identify the molecular components used for invasion and cellular division. Also, this study revealed a defensive mechanism from the parasites. In fact, the parasites seem to activate anti-ROS response so to escape from the defensive retort stress coming from the host.


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Informations

  • Sous le titre : Analyses comparatives des génomes et transcriptomes de deux espèces d'Amoebophrya distinctes en termes d'impact sur l'hôte
  • Détails : 1 vol. (187 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 170-188.
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