Analyse génétique de la détection des oligosaccharides chez Drosophila melanogaster
Les drosophiles se nourrissent de microorganismes comme les levures, qu’elles trouvent sur les fruits pourrissants, mais aussi des divers nutriments issus de ces fruits, comme les glucides, qu’elles apprécient. Elles sont capables de digérer l’amidon, grâce à une enzyme, l’alpha-amylase, mais elles ne perçoivent pas le goût de l’amidon lui-même. Leur système sensoriel gustatif est connu pour leur permettre de détecter des sucres simples (glucose, fructose) ou des dimères (maltose) grâce à 9 récepteurs gustatifs (sur un ensemble de 60).
Nous avons réalisé une série d’observations comportementales et électrophysiologiques pour évaluer la capacité de détection de polymères de glucose (G1 à G12) chez les adultes de cette espèce. Alors que nous nous attendions à trouver une meilleure sensibilité pour G1 (glucose) et G2 (maltose) et à une diminution progressive de la sensibilité en fonction de la longueur du polymère, nous avons observé au contraire une sensibilité croissante jusqu’à G5 puis une décroissance jusqu’à G12. Ce résultat est difficile à expliquer, notamment en ce qui concerne le mécanisme de détection. Une telle détection supposerait en effet que les mouches soient équipées de récepteurs gustatifs possédant soit un site récepteur de taille suffisante pour « accueillir » une grosse molécule comme G5, soit une coopération entre plusieurs récepteurs soit encore, l’intervention d’une enzyme de dégradation des polymères de glucose avec un mécanisme d’action très rapide.
Afin de déterminer quels sont les mécanismes mis en œuvre, nous proposons une approche génomique basée sur l’étude de la variabilité génétique existante au sein de populations de drosophiles. Cette démarche s’appuie sur un outil, le Drosophila Genetic Reference Panel (DGRP) qui comprend 200 lignées iso-femelles de drosophiles provenant d’une population de mouches capturées sur un marché aux États-Unis, dont le génome de chaque lignée a été séquencé. En caractérisant la réponse comportementale aux substrats G5 et G2, il sera possible d’identifier les gènes responsables de la réponse ou de la non-réponse à G5. Pour mener à bien ce projet, l’étudiant(e) utilisera un dispositif développé au laboratoire de mesure de la consommation de mouches, le multiCaFe (multi-capillary feeding) qui nous permet de suivre les choix alimentaires d’une centaine d’individus de manière semi-automatisée. Ensuite, par analyse GWAS (genome-wide association study), en contrastant les lignées les plus sensibles et les moins sensibles au G5, on sera à même de repérer des gènes potentiellement impliqués dans la sensibilité sensorielle à cet oligomère du glucose. Une fois des gènes candidats identifiés, leur rôle dans la détection de G5 sera confirmé ou infirmé par une analyse génétique consistant à activer/inactiver ces gènes chez des mouches témoin.
Genetic analysis of oligosaccharide detection in Drosophila melanogaster
Drosophilas feed on microorganisms such as yeasts, that thrive on decaying fruits, but they also eat various nutrients from these fruits, such as carbohydrates, that they appreciate. They are able to digest starch thanks to an enzyme, alpha-amylase, but they cannot sense starch itself. Their sensory system is known to enable Drosophila melanogaster to detect monomeric sugars like glucose or fructose, or dimers like maltose or saccharose using 9 gustatory receptors (GR) over 60 that are present.
We have carried out a series of behavior and electrophysiology observations to assess the capacity of detecting glucose polymers (up to G12) in D. melanogaster adults. While we were expecting the highest sensitivity for glucose and maltose and then a progressive decrease with increasing polymer length, we observed that sensitivity increased up to G5, then decreased from G6 to G12. This result cannot be easily interpreted, peculiarly regarding the detection mechanism. Such a detection would require that the flies be endowed with GRs harboring a detection site of sufficient size to accomodate a bulky molecule such as maltopentaose, or a cooperation between neighboring receptors, or the quick action of an enzyme degrading the glucose polymers into smaller sugars inside gustatory sensillas.
In order to decipher the mechanisms at work, we propose a genomic approach based on the study of the extant variability of a drosophila population. This takes advantage of the Drosophila genetic reference panel (DGRP), a collection of 200 iso-female lines from a single american population collected on a market, each of which with its genome sequenced. Characterizing the behavioral response to G5 vs. G2, we will assign lines into responsive or non-responsive to G5.
To carry out this projet, the student will make use a device set up in the laboratory, named MultiCaFe (multiple capillary feeding), that measures the individual consumption of food and food preference choice for nearly 100 flies simultaneously in a semi-automated way.
Then, by a GWAS (genome-wide association study) analysis, contrasting the most responsive vs. the less responsive lines towards G5, we will be able to identify genes potentially involved in the sensitivity to this glucose oligomere. Once some candidate genes will be identified, their role in G5 detection will be assessed using a genetic analysis that consists in inactivationg the said genes in control flies.