Caractérisation de génomes de grégarines et de leurs protéomes déduits pour comprendre la diversification des apicomplexes et leur adaptation au mode de vie parasitaire

Characterization of gregarine genomes and their deduced proteomes to understand the diversification of apicomplexans and their adaptation to parasitic lifestyle

• Auteur / Autrice : Julie Boisard
• Direction : Isabelle Florent, Loïc Ponger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie des Organismes, Parasitologie et Génomique
• Date : Soutenance le 04/10/2021
• Etablissement(s) : Paris, Muséum national d'histoire naturelle
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la nature et de l'Homme - Évolution et écologie (Paris ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Molécules de communication et adaptation des microorganismes (Paris ; 2011-....) - Laboratoire de structure et instabilité des génomes (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Gwenaël Piganeau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Isabelle Florent, Loïc Ponger, Gwenaël Piganeau, Franck Panabières, Philippe Silar, Laura Eme, Isabelle Tardieux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Franck Panabières, Philippe Silar

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génome

Parasitisme

Grégarines

Apicomplexes

Mots clés libres

Apicomplexa

Grégarine marine

Grégarine terrestre

Assemblage génomique

Prédiction de gènes

Taxonomie intégrative

Phylogénie moléculaire

Génomique comparative

Gliding

Evolution du parasitisme

Apicomplexa

Marine Gregarine

Terrestrial gregarine

Genome assembly

Gene prediction

Integrative taxonomy

Molecular phylogeny

Comparative genomics

Gliding

Evolution of parasitism

Résumé

Les apicomplexes sont des micro-organismes eucaryotes unicellulaires ayant évolué vers un mode de vie parasitaire strict. Certains groupes d’apicomplexes comprennent des espèces à l’origine de pathologies graves telles que le paludisme (Plasmodium spp.), la toxoplasmose (Toxoplasma gondii) et la cryptosporidiose (Cryptosporidium spp.). Si les génomes de ces agents hautement pathogènes sont maintenant bien documentés, ce n’est pas le cas pour d’autres lignées d’apicomplexes comme les grégarines, considérées comme basales au sein des Apicomplexa, ont un faible pouvoir pathogène et surtout ne sont pas cultivables. Leur étude moléculaire représente actuellement un goulot d’étranglement majeur, alors qu’une connaissance précise de leurs génomes serait essentielle pour mieux comprendre l’histoire évolutive des parasites apicomplexes et la diversité de leurs adaptations au mode de vie parasitaire. Au cours de cette thèse, la caractérisation du génome de 2 grégarines marines, Porospora gigantea, parasite du homard européen Homarus gammarus et Diplauxis hatti, parasite du ver marin Polychaeta Perinereis cultrifera ; et d’une grégarine terrestre, Gregarina acridiorum, parasite du criquet Locusta migratoria a été réalisée. La découverte de deux génomes coexistants correspondant à l’espèce morphologiquement décrite P. gigantea, tout comme un second exemple impliquant G. acridiorum, illustrent l’ampleur des révisions taxonomiques à venir, et la nécessité de se tourner vers des marqueurs moléculaires, probablement à l’échelle génomique, pour évaluer correctement la diversité des grégarines. Par ailleurs, les premières analyses de génomique comparative incluant des grégarines révèlent une diversité génétique insoupçonnée chez ces organismes. Une analyse des protéines du glidéosome à l’échelle des apicomplexes a également été réalisée. Ce modèle fait référence à une structure moléculaire complexe à l’origine du gliding, un mouvement caractéristique des Apicomplexa et essentiel à la manifestation de leur pathogénicité. Une étude comparative détaillée met en évidence sa conservation différentielle à l’échelle des apicomplexes, suggérant une diversité d’adaptations aux problèmes de motilité et d’invasion des cellules hôtes. Ce travail illustre l’importance de prendre en compte les apicomplexes non-modèles, non pathogènes et non cultivables pour fournir des indices nouveaux sur les capacités d’adaptation déployées par ce groupe de parasite à l’importance écologique et médicale majeure.

Apicomplexan are unicellular eukaryotic microorganisms that have evolved towards strict parasitic lifestyle. Some apicomplexan groups include species that cause serious pathologies such as malaria (Plasmodium ssp.), toxoplasmosis (Toxoplasma gondii) and cryptosporidiosis (Cryptosporidium spp.). While the genomes of these highly pathogenic agents are now well documented, this is not the case for other apicomplexan lineages such as gregarines, which are considered basal within the Apicomplexa, have low pathogenicity and above all are non-cultivable. Their molecular study currently represents a major bottleneck, whereas a precise knowledge of their genomes would be essential to better understand the evolutionary history of apicomplexan parasites and the diversity of their adaptive paths to parasitic lifestyle. During this thesis the genome caracterisation of 2 marine gregarines, Porospora gigantea, parasite of the European lobster Homarus gammarus and Diplauxis hatti, parasite of the Polychaeta marine worm Perinereis cultrifera; and 1 terrestrial gregarine, Gregarina acridiorum, parasite of the locust Locusta migratoria have been carried out. The discovery of two coexisting genomes matching the morphologically described species P. gigantea, along with another example involving G. acridiorum illustrates the magnitude of the upcoming taxonomic revisions, and the need to turn to molecular markers, likely on a genomic scale, to properly assess the diversity of gregarines. Furthermore, the first comparative genomics analyses including gregarines reveal their unsuspected genetic diversity across Apicomplexa. An apicomplexan scale analyses of the glideosome proteins was also performed. This model refers to a complex molecular structure at the origin of gliding, a signature movement of Apicomplexa that is essential for the manifestation of their pathogenicity. A detailed comparative analysis highlights its differential conservation at the apicomplexan scale, suggesting a diversity of adaptations to motility and host cell invasion issues. This study illustrates the importance of considering non-model, non-pathogenic, non-cultivatable apicomplexan to provide novel clues to the adaptive capabilities displayed by this ecologically and medically major group of parasites.