Base génétique moléculaire de la féminisation induite par la bactérie endosymbiotique Wolbachia

par Myriam Badawi

Thèse de doctorat en Biologie de l'environnement, des populations, écologie

Sous la direction de Richard Cordaux et de Pierre Grève.


  • Résumé

    La symbiose est l'un des principaux moteurs de l'évolution. Le génotype du symbiote est capable d'altérer le phénotype de l'hôte, et vice-versa : c'est le « phénotype étendu ». Dans ce contexte, les endosymbioses à Wolbachia sont remarquables. Cette bactérie intracellulaire est un parasite de la reproduction capable d'induire la féminisation des mâles génétiques ou l'incompatibilité cytoplasmique chez ses hôtes crustacés isopodes terrestres. Actuellement, aucun mécanisme moléculaire régissant ces effets n'est connu. Dans le but d'identifier des gènes impliqués dans la féminisation, nous avons utilisé une approche intégrative qui combine à la fois des analyses génomiques, d'expression de gènes et phénotypiques. Nous avons tout d'abord analysé l'évolution moléculaire de la voie de la recombinaison homologue dans les génomes de Wolbachia, source importante de plasticité génomique pouvant être liée à la diversité des phénotypes. Ensuite, afin d'effectuer des études comparatives qui augmenteraient considérablement la compréhension des mécanismes de la féminisation, nous avons établi un système où la souche féminisante wVulC féminise deux hôtes isopodes (hôte naturel : Armadillidum vulgare : hôte hétérologue : Cylisticus convexus) présentant un timing différent de la différenciation sexuelle. En effet, l'effet féminisant étant supposé avoir lieu avant ou pendant la différenciation sexuelle, il est important de distinguer l'effet de Wolbachia dû à la différenciation sexuelle de celui dû au développement. Enfin, une approche par gènes candidats (du séquençage de génome bactérien à l'analyse comparative d'expression de gènes bactériens durant le développement de l'hôte) a permis de déterminer une liste réduite de 29 gènes (parmi les 1885 gènes de wVulC) dont la probabilité qu'ils soient impliqués dans la féminisation est élevée. Le rôle potentiel de ces gènes candidats comme effecteurs supposés de la féminisation induite par wVulC est ensuite discuté. Ce travail contribue grandement à l'identification de facteurs potentiels d'endosymbiotes qui ont un impact évolutif sur la détermination du sexe de leurs hôtes.

  • Titre traduit

    Molecular genetic basis of feminization induced by the bacterial endosymbiont Wolbachia


  • Résumé

    Symbiotic interactions are a major driver of evolution. The symbiont genotype is able to alter the host phenotype, and the other way round: it is called "the extended phenotype". In this respect, Wolbachia endosymbiosis is remarkable. This intracellular bacterium is a well-known reproductive parasite able to induce feminization of genetic males or cytoplasmic incompatibility in its terrestrial isopod crustacean hosts. Currently, no molecular genetic basis of these reproductive manipulations has been described. In order to identify genes involved in feminization, we used an integrative approach that combines genomic, gene expression and phenotypic studies. We first analysed the molecular evolution of the homologous recombination pathway in Wolbachia genomes, an important source of genomic plasticity that can be linked with phenotypic diversity. Then, in order to perform comparative studies that will substantially improve the understanding of the molecular mechanisms of feminization, we established a system in which the feminizing strain wVulC feminizes two different isopod hosts (natural host: Armadillidium vulgare ; heterologous host Cylisticus convexus) that have a different sexual differentiation timing. Indeed, as feminization is thought to happen before or during sexual differentiation, it is important to distinguish the effect of Wolbachia due to sexual differentiation from that due to development. Finally, a gene candidate approach (from bacterial genome sequencing to comparative bacterial gene expression during host developement) allowed us to determine a reduced list of 29 genes (among the 1885 genes of wVulC) that have a high probability to be involved in feminization. The potential roles of these candidate genes as putative effectors of feminization induced by wVulC is then discussed. This work substantially contributes to the identification of putative endosymbiont factors that have an evolutionary impact on sex determination of their hosts.