Variation phénotypique et épigénétique chez la mouche D. melanogaster et le puceron A. pisum.

(A) Cycle de vie de la mouche drosophile et distribution des allèles dépendants de la fréquence et de la densité (exemple le gène for). Triangles noires : allèles for^R. triangles rouges: allèles for^S. A haute densité les allèles for^R  sont prédominants tandis qu’à basse densité les allèles for^S le deviennent. (B) Un ovariole de puceron  est coloré en vert avec un anticorps anti HRP (reconnait un épitope de membrane). (C) Variations phénotypiques de couleurs obtenues à partir d’une mère fondatrice unique. A 8°C, les pucerons changent de orange à vert. (D)Fragments methylés collectés et analysés par la technique de séquençage dite “bisulfite”. Une représentation statistique de l’intensité de la methylation sur chacun des sites d’un fragment est représentée.  

Positionnement du sujet

Un fait marquant chez les insectes réside dans leur capacité à s’adapter rapidement aux changements environnementaux y compris chez les espèces comme les pucerons  qui se reproduisent par clonalité suggérant une possible limitation à leur variabilité génétique. Les pucerons montrent un haut niveau de plasticité phénotypique illustré par leur aptitude à changer leur mode de reproduction de la sexualité à la clonalité et leur propension à produire des morphes distincts. Cependant les mécanismes sous jacents restent largement inconnus.

A ce jour, le dogme postule que évolution et plasticité du génome sont écrits dans le code génétique. En contraste, beaucoup d’articles récents décrivent que des génomes identiques sont capables de conduire à des caractères différents et héritables qui dépendent de facteurs environnementaux. Ceci conduit à un nouveau paradigme qui postule que l’environnement induit des variants héritables pouvant disparaître avec le temps lorsque les conditions qui les ont fait naître ont disparues. Notre projet tente de répondre à la question suivante : Par quel mécanisme un gène peut il être durablement actif ou inactif à travers des générations quand les séquences du génome sont identiques ? Les avancées récentes à ces questions constituent le champ actif de l’épigénétique.  

Les marques épigénétiques sont des modifications de l’ADN et histones qui sont retrouvées dans tous les organismes vivants, et sont en partie des méthylations. Nous nous sommes intéressés à l’analyse des marques épigénétiques qui peuvent contribuer à des phénotypes héritables et durables chez les insectes. Bien que des techniques de transgenèse n’existe pas chez le puceron à la différence de la drosophile, ce modèle a un puissant avantage dans nos études épigénétiques : les pucerons  ont un mode de production parthénogénétique le printemps et l’été et une reproduction sexuelle l’automne conduisant à des œufs fertilisés qui entrent en diapose l’hiver. Nous avons trouvé que la clonalité chez le puceron génère un répertoire de variants phénotypiques avec un haut degré de polymorphisme moléculaire et dans lequel les profils individuels sont sélectionnés par l’environnement. Nous avons démontré que, dans le contexte de clonalité,  les variants  sont corrélés avec des méthylations de l’ADN du génome du puceron et de l’endosymbionte.       

Objectifs

Notre objectif est d’identifier les composants de la régulation épigénétique qui conduit à l’adaptation des insectes à leur environnement. Notre but est donc de déterminer si les marques épigénétiques, en particulier les méthylations de l’ADN induites par une phase du climat extrême, peuvent être héritables à travers la clonalité et si cette héritabilité passe la barrière sexuelle.   

Bien qu' importante et fascinante, le modèle puceron a des limitations du point de vue des outils génétiques disponibles. Ainsi nous couplons la biologie du puceron avec la génétique de la drosophile afin d’élucider les mécanismes sous jacents chez les insectes. Nous avons l’intention, en première instance, de développer une approche de génétique pour l’obtention de mutants de drosophile afin de déterminer les mécanismes de régulation des gènes dépendants de la fréquence et la densité et des gènes MBD (methyl binding protein qui lient les sites methylés de l’ADN) dans cette espèce. L’autre aspect de notre projet est d’analyser les gènes homologues chez la drosophile impliqués dans les variations épigénétiques et de déconstruire les mécanismes moléculaires sous jacents.  

L’intégration de ces deux modèles pourrait mettre en lumière les voies métaboliques conduisant à l’adapatation aux environnements fluctuants et à l’hérédité des marques épigénétiques.