Impact of transposable elements on the evolution of gene expression : example of sex in teleost fish
Impact des éléments transposables sur l'évolution de la régulation des gènes : exemple du sexe chez les poissons téléostéens
Résumé
In teleost fish, sexual reproduction and sexual gene regulatory networks are highly variable. In gonochoristic species, sex is determined either environmentally or genetically and can involve different genes depending on the species investigated. Sexual development and maintenance appear also variable in this clade. To understand the origin of this diversity, I studied the posssible impact of transposable elements on the fast evolution of gene regulatory networks related to sex in fish. Transposable elements are endogenous DNA sequences able to move or copy themselves in genomes. Even if they are often deleterious for their host, transposable elements can also carry regulatory sequences, such as transcription factor binding sites, and spread them in genomes. Their diversity in fish genomes form a source of ready-to-use regulatory sequences potentially involved in the fast evolution of some gene regulatory networks.To test this hypothesis, I used RNA sequencing data from male and female gonads of the Japanese Medaka, Oryzias latipes. First I analysed gene and transposable element expression and discovered regions of the genome enriched in sex-biased genes associated to sex-biased transposable elements. Moreover, genes and transposable elements located close on chromosomes tend to present similar expression bias between testis and ovary. Two hypothesis that are not mutually exclusive can explain this observation : either transposable element influence gene expression of neighbooring genes, or the genomic locus where the transposable element inserts influence its expression. We were not able to definitively discriminate between these two hypotheses, but our work identified several clues for a regulatory role of transposable elements. In the second part and in a complementary way I found transposable element families physically enriched near to sex-biased genes. One family was further investigated and shown to carry transcription factor binding sites involved in sexual function.This work brings new insights on the possible role of transposable elements in the fast evolution of gene regulatory networks and paves the way for future functionnal studies.
Chez les poissons téléostéens, les modes de reproduction sexuée et les réseaux de régulation des gènes liés au sexe sont très variables. La détermination du sexe des espèces gonochoriques, par exemple, peut être aussi bien génétique qu'environnementale et peut impliquer des gènes différents selon les espèces. Les régulations du développement et du maintien du sexe apparaissent également variables dans ce groupe. Pour essayer de comprendre l'origine de cette diversité, je me suis intéressé à l'impact possible des éléments transposables sur la régulation de gènes liés au sexe chez ces poissons. Bien que souvent neutres, et parfois délétères pour leur hôte, les éléments transposables peuvent aussi transporter des séquences régulatrices, comme des sites de fixation de facteurs de transcription, et les disséminer à travers les génomes. Pour tester cette hypothèse, j'ai utilisé des données de séquençage d'ARN issues de gonades mâles et femelles d'Oryzias latipes, le médaka japonais. Dans un premier temps, j'ai analysé l'expression des gènes et des éléments transposables et mis en évidence des régions du génome enrichies en gènes et éléments transposables différentiellement exprimés entre les gonades mâles et femelles. De plus, les gènes et les éléments transposables proches le long des chromosomes ont tendance à présenter des biais d'expression similaires. Deux hypothèses, non mutuellement exclusives, peuvent rendre compte de cette observation : d'une part, les éléments transposables pourraient modifier l'expression des gènes voisins, et d'autre part, l'environnement génomique du site d'insertion pourrait influencer l'expression des éléments transposables. Les travaux réalisés ne permettent pas de trancher définitivement entre ces deux hypothèses, mais plusieurs observations sont en faveur d'un rôle régulateur de certains éléments transposables. Dans un deuxième axe et de manière complémentaire, j'ai mis en évidence des familles d'éléments transposables physiquement enrichies dans l'environnement des gènes sexe-biaisés. Une famille candidate a été étudiée plus en détail, et j'ai pu mettre en évidence dans ces éléments des sites de fixation de facteurs de transcription connus pour être impliqués dans la fonction sexuelle. Ces travaux montrent ainsi le rôle potentiel des éléments transposables dans l'évolution rapide de certains réseaux de régulation de gènes et serviront de socle pour de futures études fonctionnelles.
Origine : Version validée par le jury (STAR)