Molecular and anatomical study of the epipelagic copepod Oithona nana (Copepoda; Cyclopoida)

par Kevin Sugier

Thèse de doctorat en Sciences de la vie et de la santé

Soutenue le 12-12-2019

à l'Université Paris-Saclay (ComUE) , dans le cadre de École doctorale Structure et dynamique des systèmes vivants (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....) , en partenariat avec Génomique métabolique (Evry, Essonne ; 2000-....) (laboratoire) , Université d'Évry-Val-d'Essonne (établissement opérateur d'inscription) et de Structure et évolution des génomes / SEG (laboratoire) .

Le président du jury était Abdelghani Sghir.

Le jury était composé de Céline Boulangé-Lecomte, Christine Coustau, Richard Cordaux, Élodie Fleury.

Les rapporteurs étaient Céline Boulangé-Lecomte, Christine Coustau.

  • Titre traduit

    Etude moléculaire et anatomique du copépode épipélagique Oithona nana (Copepoda; Cyclopoida)


  • Résumé

    Les copépodes sont les animaux les plus abondant sur Terre et jouent un rôle essentiel dans le réseau trophique et les cycles biogéochimiques marins. Dans l'océan épipélagique, le genre Oithona est considéré comme le plus abondants et l’un des plus répandus. Malgré leur importance écologique, peu de données moléculaires et anatomiques sont disponibles pour les copépodes en général et plus particulièrement pour Oithona. Nous avons adapté un protocole permettant d'observer les systèmes digestif et reproducteur d'Oithona, mais également de déterminer, pour la première fois, la distribution de la chitine au sein de ces systèmes. Nous avons construit le génome et les transcriptomes aux différents stades de développement d’Oithona nanaAprès analyse comparative avec les autres génomes de copépodes disponibles, nous observons une explosion d’occurrence du domaine protéique Lin12 Notch Reapeat (LNR) dans le génome de O. nana. À l'aide des données métagénomiques de Tara et de DISCOSNP ++, un outil permettant de détecter les variants sans génome de référence, nous avons identifié la structure de la population d'O. nana en Méditerranée, et également détecté les loci sous sélection naturelle. Parmi eux, 5 étaient des gènes codant pour des protéines contenant des domaines LNR (appelé LDPG) dont 3 mutations directement au sein de domaines LNR.Un système ZW de détermination sexuelle est prédit chez O. nana. Une série temporelle de quinze ans dans la petite rade de Toulon a montré un sex-ratio biaisé en faveur des femelles (rapport hommes / femmes <0,15 ± 0,11), mettant en évidence une mortalité plus élevée chez les mâles. Cela peut s'expliquer par le « paradoxe du mâle » : les mâles doivent alterner entre les phases d'alimentation (immobile) et de recherche de partenaire d’accouplement (mobile). Comme la base moléculaire de ce phénomène est inconnue, nous avons effectué une analyse d'expression différentielle. Vingt-quatre pourcent de l’ensemble des LDPGs sont sur-exprimés chez les mâles. Le mâle a également montré un enrichissement en transcrits impliqués dans la protéolyse, la formation de nouveaux axones et dendrites, l'assemblage et le fonctionnement de la synapse ainsi que la conversion d'acides aminés en glutamate, un neurotransmetteur excitateur. De plus, plusieurs gènes, spécifiquement régulés négativement chez le males, sont impliqués dans l'augmentation de la prise alimentaire et de la digestion. La formation de complexes de LDP a été détectée par la technique du double hybride, avec des interactions impliquant des protéases, des protéines de la matrice extracellulaire et des protéines associées à la neurogenèse.L’ensemble de ces résultats semble montré que, chez le mâle O. nana, la recherche prolongée de partenaires serait possible grâce à une autolyse modulée par les LDPs qui libèrent des acides aminés, permettant leur conversion en glutamate et ainsi permet le développement du système nerveux. Cet effet délétère renforce l’hypothèse, à l’échelle moléculaire, d’un comportement sacrificiel chez le mâle O. nana; et constitue le premier cas de comportement suicidaire chez un animal itéropare.


  • Résumé

    Copepods are the most numerous animals on Earth and play an essential role in the marine trophic web and biogeochemical cycles. In the epipelagic ocean, the genus Oithona is considered as one of the most abundant and widespread copepods. Despite the ecological importance, few internal anatomy and molecular data are available for copepods in general, and for Oithona in particular. We updated a protocol permitting to observe the digestif and reproductive systems of Oithona, but also to determine, for the first time, the chitin distribution inside these systems. We also made available the Oithona nana genome and transcriptomes at the different development stages.After comparative genomic analysis against other available copepod genomes, we observe an explosion of the Lin-12 Notch Repeat (LNR) protein domain in the O. nana genome. Using the Tara metagenomic data, we identified the population structure of O. nana in the Mediterranean Sea, but also detected loci under natural selection. Among them, five were LNR domain-containing protein-coding genes (LDPGs) whose three single-nucleotide mutations within LNR domain.While a ZW sex-determination system was predicted in O. nana, a fifteen-year time-series in the Toulon Little Bay showed a biased sex ratio toward females (male / female ratio < 0.15± 0.11) highlighting higher mortality in males. This can be explained by the “Oithona male paradox”: males have to alternate between feeding (immobile) and partner research (mobile) phases. As the molecular basis of this trade-off is unknown, we make a differential expression analysis. Twenty-four per cent of LDPGs were up-regulated in males. The male also showed enrichment in transcripts involved in proteolysis, the formation of new axons and dendrites, synapse assembly and functioning and even amino acid conversion to glutamate (an excitatory neurotransmitter). Moreover, several male down-regulated genes were involved in the increase of food uptake and digestion. The formation of LDP complexes was detected by yeast two-hybrid, with interactions involving proteases, extracellular matrix proteins and neurogenesis related proteins.Together, these results showed that the mating partner search of O. nana male is sustained by LDP-modulated autolysis that releases amino acid, convert them to the glutamate and permit a nervous system development. This could support a molecular-scale sacrificial behaviour in O. nana male.


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Informations

  • Sous le titre : Molecular and anatomical study of the epipelagic copepod Oithona nana (Copepoda; Cyclopoida)
  • Détails : 1 vol. (188 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 180-185.
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