Mécanismes moléculaires de la différenciation du mode de reproduction du puceron du pois (Acyrthosiphon pisum) : Etude des régulations transcriptionnelles et post-transcriptionnelles

par Aurore Gallot-Le Grand

Thèse de doctorat en Biologie et agronomie

Sous la direction de Denis Taggu et de Stéphanie Jaubert-Possamai.

Soutenue en 2011

à Rennes, Agrocampus Ouest .

mots clés

• Reproduction du puceron du pois
• Pucerons

Résumé

La production de phénotypes alternatifs est une source d'adaptation aux changements environnementaux pour les organismes qui alternent annuellement entre reproduction sexuée et asexuée en fonction des saisons. Selon la photopériode, un génotype peut produire des femelles sexuées ovipares ou asexuées vivipares. L’objectif de cette thèse est d’identifier, chez le puceron du pois, les bases moléculaires des étapes de la différenciation de ces deux modes de reproduction qui a lieu au cours de l’embryogenèse. La stratégie utilisée est la comparaison d’expression des ARN messagers (ARNm) et de microARN (petits ARN non codant régulateurs au niveau posttranscriptionnel de l’expression génique) d’embryons sexués et asexués par des approches de type « puces à ADN » et de séquençage haut-débit. Nos résultats montrent que la différenciation du mode de reproduction sexué ou asexué lors de l’embryogenèse se traduit par des différences d’expression de gènes. Les fonctions biologiques associées à ces différences transcriptomiques sont l’ovogenèse, la régulation du cycle cellulaire, la maturation des ARN et les modifications épigénétiques. Nous avons démontré par hybridation in situ qu’une proportion importante des transcrits régulés sont exprimés spécifiquement dans les cellules germinales ; certains sont exprimés au cours de l’ovogenèse sexuée et asexuée, tandis que d’autres sont exprimés spécifiquement dans l’un ou l’autre des modes de reproduction. Par ailleurs, nous avons identifié des microARN régulés au cours de la différenciation du mode de reproduction. L’intégration ces deux niveaux de régulation a permis d’élaborer un réseau de régulation de la différenciation du mode de reproduction.

Résumé

For organisms, production of alternative phenotypes is a source of adaptation to environmental changes. This phenomenon is called phenotypic plasticity. Polyphenism is an extreme case of phenotypic plasticity, defined by the production of discontinuous phenotypes according to environmental cues. Aphids are small insects that fed on plant sap and present a striking polyphenism for several traits. Particularly, these insects alternate between sexual and asexual reproduction annually, according to seasonal changes. One given genotype can produce oviparae sexual females or viviparae asexual females according to photoperiod. The aim of this thesis is to identify the molecular bases of reproductive mode differentiation that occurs during embryogenesis in the pea aphid. The strategy used is the expression comparison of messenger RNA (mRNA) and microRNA (small non coding RNA, post transcriptional regulators of gene expression) between sexual and asexual embryos with microarrays and next-generation sequencing approaches. Our results show that determination of reproductive mode into sexual or asexual aphids is associated with changes in gene expression. Biological functions associated with these expression changes are oogenesis, cell cycle regulation, RNA maturation and epigenetic modifications. We demonstrated by in situ hybridization that a substantial proportion of regulated transcripts are localized specifically in germ cell. Some are expressed during sexual and asexual oogenesis, while others are specifically expressed in one reproductive type. Besides, we identified microRNA regulated during reproductive mode differentiation. Integration of these two levels of regulation leads to the construction of a regulatory network of reproductive mode differentiation.