Proposition Stage M1 ou M2 2015-2016
Adaptation à l’habitat chez les punaises hématophages responsables de la maladie de Chagas : évolution des gènes chimiosensoriels
Laboratoire d’accueil :
UMR Evolution, Génomes, Comportement, Ecologie (EGCE), CNRS-IRD-Univ.Paris-Sud
Campus CNRS, Bat 13, 91198 Gif sur Yvette
Equipe: DEEIT (Diversité, Ecologie et Evolution des Insectes Tropicaux)
Encadrement du stage : HARRY Myriam, myriam.harry@universite-paris-saclay.fr, Tél : 01 69 82 37 40
Descriptif du sujet :
Contexte
Une des causes principales de l’émergence des maladies parasitaires chez l’homme est le changement d’habitat des vecteurs suite à des modifications anthropiques de l’habitat originel. Concernant les punaises hématophages vectrices de la maladie de Chagas (parasite Trypanozoma cruzi) endémique à l’Amérique Latine et touchant plus de 8 millions de personnes, certaines espèces s’adaptent aux anthroposystèmes, alors que d’autres espèces apparentées n’ont pas ces capacités. Ainsi chez le genre Rhodnius, l’espèce R. prolixus est considérée comme totalement domiciliée alors que R. robustus, une espèce phylogénétiquement très proche, visite sporadiquement les habitations humaines. D’autres espèces vivent sur des animaux sauvages nichant dans des palmiers (Abad‐Franch et al., 2005). Comment expliquer l’adaptation de certaines espèces ? Cette question est cruciale pour prédire les espèces présentant potentiellement un risque pour l’homme.
La capacité à s’adapter à un nouvel habitat pourrait être liée à l’évolution du répertoire de gènes importants pour la détection de différents stimuli odorants (voir Benton, 2015). Les sensilles olfactives permettent de détecter la présence de molécules chimiques volatiles mais celles-ci sont généralement insolubles dans l’eau. Pour que ces molécules circulent dans la lymphe sensillaire et atteignent la membrane des neurones chimiorécepteurs, des protéines solubles vont lier les molécules odorantes de manière spécifique, les Odorant Binding Proteins (OBPs) et les Chemosensory Proteins (CSPs). Au niveau du neurone chimiosensoriel, les molécules odorantes sont libérées au niveau des récepteurs ionotropiques (IR) ou olfactifs (OR) associés à des corécepteurs (ORco). Le signal est ensuite transmis aux glomérules, structures d’intégration des informations olfactives. Ces différentes protéines du système chimiosensoriel sont codées par des gènes appartiennent à des familles multigéniques. Des changements dans la sensibilité sensorielle peuvent être dus à des perte ou des gains de gènes par duplication (Vieira and Rozas, 2011; Engsontia et al., 2014), à des mutations ponctuelles (Leary et al., 2012), ou encore à des variations d’expression génique (McBride et al., 2014).
Notre équipe a participé au consortium international pour l’annotation des CSP et OBP dans le génome récemment séquencé de la punaise Rhodnius prolixus (Mesquita et al., 2015) et nous avons assemblé un transcriptome de référence pour cette espèce (Marchant et al., 2015). Il a été répertorié : 27 OBP, 19 CSP, 79 OR et 33 IR (Mesquita et al., 2015). Notre équipe dispose d’un jeu de données de séquençage à haut débit (transcriptomique et génomique) chez une dizaine d’espèces du genre Rhodnius ayant des habitats différents (sylvatique, domiciliaire). Sur ce jeu de données les gènes sont annotés pour les OBPs et CSPs.
L’objectif de l’étude de ces gènes du système sensoriel est de comprendre leur évolution au sein du genre Rhodnius, et de relier cette évolution moléculaire à la capacité d’adaptation à un nouvel environnement, et le cas échéant à l’histoire évolutive du genre Rhodnius. De plus, l’étude de ces gènes chimiosensoriels ouvre en perspective l’élaboration de nouvelles méthodes de lutte contre ces vecteurs.
Objectifs du stage
Les objectifs de ce stage seront : i) de répertorier les différents gènes chimiosensoriels (OR, IR) chez les espèces du genre Rhodnius, ii) de proposer des scénarios d’évolution moléculaire de ces gènes : identification des paralogues (nombre de copies), des isoformes (épissage alternatif), des variants alléliques (polymorphisme) et ii) de relier la capacité d’adaptation à un habitat à une variabilité de ces gènes chimiosensoriels.
Méthodes:
-Détection de gènes chimiosensoriels : les séquences des gènes chimiosensoriels seront détectées parmi les séquences de chaque génome et transcriptome par des recherches de type BLAST et en utilisant des pipelines et scripts développés par notre équipe.
– Scénarios d’évolution moléculaire : la comparaison des transcrits et des gènes, la localisation des transcrits sur les génomes et l’établissement de phylogénie de gènes fourniront des informations sur l’évolution moléculaires de ces gènes chimiosensoriels. Des outils automatisés (scripts) pourront être développés par la ou le stagiaire.
– Des méthodes statistiques tenant compte du signal phylogénétique (test des contrastes indépendants) seront appliquées
Remarque: – Selon la durée du stage, le nombre de familles de gènes étudiées sera adapté
Le sujet de ce stage fera l’objet d’une demande d’allocation de thèse auprès d’une école doctorale
Compétences demandées: motivation à la fouille de données bioinformatiques
Collaborations développées dans le cadre du projet
Florence Mougel, Jonathan Filée : EGCE UMR 9191, CNRS, IRD, Université Paris-Sud, Campus CNRS, Gif-sur-Yvette. Bioinformatique, traitement des données de séquençage haut-débit
Emmanuelle Jacquin-Joly : INRA, UMR 1392, Institut d’Ecologie et des Sciences de l’Environnement de Paris, Route de Saint-Cyr, Versailles. Analyses de données transcriptomiques de gènes chemosensoriels et annotation
Vagner Mendonça, Aristeu J Da Rosa: FCF UNESP (Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” , Faculdade de Ciências Farmacêuticas, Laboratório de Parasitologia, Araraquara, Brésil. Eco-épidémiologistes, laboratoire de référence des vecteurs de la maladie de Chagas
Références bibliographiques
Abad‐Franch F, Palomeque FS, Aguilar H, Miles MA 2005. Field ecology of sylvatic Rhodnius populations (Heteroptera, Triatominae): risk factors for palm tree infestation in western Ecuador. Tropical Medicine & International Health, 10(12), 1258-1266.
Benton R, 2015. Multigene Family Evolution: Perspectives from Insect Chemoreceptors. Trends Ecol. Evol. 30, 590–600.
Engsontia P, Sangket U, Chotigeat W, Satasook C, 2014. Molecular Evolution of the Odorant and Gustatory Receptor Genes in Lepidopteran Insects: Implications for Their Adaptation and Speciation. J. Mol. Evol. 79, 21–39.
Leary GP, Allen JE, Bunger PL, et al., 2012. Single mutation to a sex pheromone receptor provides adaptive specificity between closely related moth species. PNAS, 109, 14081–14086.
Marchant A, Mougel F, Mendonça V, Quartier M, Jacquin-Joly E, Da Rosa JA, Petit E, Harry M. 2015. Comparing de novo and reference-based transcriptome assembly strategies in Rhodnius prolixus. Insect Bioch Mol Biol.
McBride, C.S., Baier, F., Omondi, A.B., Spitzer, S.A., Lutomiah, J., Sang, R., Ignell, R., Vosshall, L.B., 2014. Evolution of mosquito preference for humans linked to an odorant receptor. Nature 515, 222–U151. d
Mesquita, ….Harry M, et al. 2015. The Genome of Rhodnius prolixus, an insect vector 1 of Chagas disease, reveals unique adaptations to hematophagy and parasite transmission, PNAS, in press
Vieira, F.G., Rozas, J., 2011. Comparative Genomics of the Odorant-Binding and Chemosensory Protein Gene Families across the Arthropoda: Origin and Evolutionary History of the Chemosensory System. Genome Biol. Evol. 3, 476–490.