UMR CNRS 5558 Laboratoire de Biométrie et Biologie Évolutive

Les insectes constituent un modèle particulièrement propice à l’étude des interactions entre les bactéries et les eucaryotes. Ils hébergent en effet très fréquemment des bactéries intracellulaires à transmission verticale avec lesquelles ils entretiennent tous les types d’interactions sur le continuum parsitisme-mutualisme. L’expansion et le maintien de ces bactéries dans les populations d’insectes passent par deux stratégies principales :

- le mutualisme : les symbiotes apportent un avantage à leur hôte et participent directement à son adaptation à l’environnement,

- le parasitisme de la reproduction : les symbiotes manipulent la reproduction de leur hôte à leur propre avantage, et souvent aux détriments des mâles (du fait de leur transmission maternelle, les mâles sont des culs de sac évolutifs pour les bactéries). Ces manipulations sont diverses et incluent la féminisation des mâles génétiques, l’induction de reproduction asexuée, la mortalité spécifique des mâles infectés, ou encore des incompatibilités cytoplasmiques induisant la stérilité des croisements entre individus de statuts d’infection différents.

La diversité phylogénétique et phénotypique de ces bactéries, au sein d’hôtes relativement homogènes permet l’analyse de tous les processus évolutifs en jeu dans ces interactions durables, et en particulier des mécanismes qui gouvernent l’évolution vers des stratégies mutualistes ou parasitaires. Ces interactions sont également des systèmes modèles pour l’étude de l’évolution bactérienne dans les domaines de l’évolution des génomes bactériens et des interactions entre bactéries au niveau intra, mais également inter-spécifique.

Je m’intéresse depuis une dizaine d’années aux interactions entre les insectes et leurs bactéries symbiotiques. Mes recherches, nitialement centrées sur les bactéries du genre Wolbachia infectant les parasitoïdes de drosophiles, s’étendent aujourd’hui à d’autres hôtes et d’autres espèces bactériennes grâce au développement de nouveaux modèles. Les projets que je développe cherchent à intégrer plusieurs niveaux d’étude qui vont des mécanismes moléculaires de ces interactions jusqu’à leurs dynamiques et conséquences populationnelles et évolutives.

• Projets actuels
  • +Dynamique des infections dans les communautés d’insectes -Dynamique des infections dans les communautés d’insectes

    Les travaux réalisés sur la communauté des drosophiles et de leurs parasitoïdes ont permis de mettre en évidence que les relations parasitaires chez les insectes facilitent les transferts horizontaux de Wolbachia. Ces transferts, fréquents à l’échelle évolutive, permettent à la bactérie de coloniser de nouveaux hôtes. Par contre, ces changements nécessitent une adaptation très rapide de la bactérie à un nouvel environnement hôte. Ce changement brutal des conditions de sélection pourrait être à l’origine de la structure très particulière du génome de Wolbachia. En effet, contrairement aux autres symbiotes intracellulaires, Wolbachia présente un génome fortement plastique et très riche en éléments répétés dont des séquences d’insertion et un phage. Il est possible que ces éléments soient régulièrement sélectionnés au moment des transferts en facilitant cette adaptation rapide. Afin de tester cette hypothèse, un programme est en cours qui vise à analyser les mécanismes d’évolution des génomes de Wolbachia en considérant à la fois l’évolution des séquences (substitutions…) mais également la plasticité des génomes de Wolbachia lors de ces transferts.

  • +Diversité et origine des phénotypes induits -Diversité et origine des phénotypes induits

    L’analyse de la diversité des phénotypes a permis de mettre en évidence toute une série d’effets des Wolbachia, et l’analyse de cette diversité a permis des développements importants dans la compréhension de la dynamique évolutive de ces associations. Des effets tout à fait inattendus ont été découvert, comme l’implication obligatoire de Wolbachia dans l’ovogenèse du parasitoïde Asobara tabida qui ouvre des perspectives intéressantes dans l’étude de l’évolution rapide de la dépendance dans les interactions durables. Nous cherchons aujourd’hui à poursuivre cette analyse systématique des effets des symbiotes, en particulier chez l’aleurode Bemisia tabaci qui présente une diversité symbiotique extraordinaire dont la dynamique ne peut être comprise qu’à la lumière des effets induits par les différents partenaires du système. Ces analyses cherchent également à étudier la part relative du génome du symbiote et du génome de l’hôte dans l’expression des effets. Nous nous intéressons en particulier à toutes les manipulations de la reproduction induites par ces symbiotes, mais également aux effets des bactéries sur les traits d’histoire de vie des individus.

  • +Infections multiples, régulation et évolution des peuplements symbiotiques -Infections multiples, régulation et évolution des peuplements symbiotiques

    Les insectes hébergent très fréquemment de multiples symbiotes, soit au niveau de la population, soit au niveau de l’individu. Ces infections multiples ont été bien étudiées pour les symbiotes à transmission horizontale, mais beaucoup moins pour des symbiotes à transmission verticale. Pourtant, la compréhension de la dynamique des infections symbiotiques requiert une analyse fine des processus qui régissent la compétition entre différents cytotypes au sein des populations, mais également des interactions entre hôtes et symbiotes, et entre symbiotes au sein des mêmes individus. Les approches utilisées pour étudier ces questions sont à la fois de terrain (suivis spatio-temporels de l’infection symbiotique), expérimentales (étude de la régulation des peuplements bactériens en fonction du cytotype des individus), et théoriques (analyse de la dynamique d’invasion des infections multiples et des pressions sélectives qui agissent sur les différents partenaires).

  • +Evolution de la dépendance dans les symbioses bactéries -insectes -Evolution de la dépendance dans les symbioses bactéries -insectes

    Lors d’une recherche systématique des effets de Wolbachia chez différentes espèces, nous avons pu constater que le parasitoïde de drosophile Asobara tabida dépendait totalement de Wolbachia pour accomplir son ovogenèse. Cette association est tout à fait particulière car elle est une des seules où Wolbachia est devenue nécessaire à son hôte, et elle met également en évidence un processus d’évolution des relations symbiotiques particulier où l’association devient obligatoire pour l’insecte sans que la bactérie n’apporte de nouvelle fonction à son hôte. Cette évolution récente de la dépendance permet d’étudier les mécanismes moléculaires à son origine. Des premiers travaux ont montré qu’en absence de Wolbachia, le programme apoptotique (mort programmée des cellules) est déclenché lors de l’ovogenèse, inhibant ainsi la production d’ovocytes. Nous cherchons aujourd’hui à déterminer quels gènes sont modulés par la présence de la bactérie (approche transcriptomique), et d’étendre l’impact de Wolbachia sur l’apoptose de ses hôtes à d’autres interactions Wolbachia-insecte. En effet, la manipulation du programme apoptotique pourrait être un moyen utilisé par la bactérie pour échapper au système immunitaire de son hôte, qui aurait conduit à l’évolution de la dépendance de l’hôte.

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