Analyse transcriptomique des conséquences de la perte du sexe chez le puceron du pois

Transcriptomic analysis of the consequences of sex loss in pea aphids

• Auteur / Autrice : Mélanie Huguet
• Direction : Gaël Le Trionnaire, Denis Tagu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique, génomique et bio-informatique
• Date : Soutenance le 28/09/2022
• Etablissement(s) : Institut Agro
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Écologie, Géosciences, Agronomie, Alimentation (Rennes ; 2022-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Génétique, Environnement et Protection des Plantes - Institut de Génétique- Environnement et Protection des Plantes / IGEPP
• Partenaire(s) de recherche : École d’inscription : L'Institut Agro Rennes-Angers (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Yannick Outreman
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yannick Outreman, Claude Rispe
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphanie Jaubert-Possamai, Federica Calevro
• DOI : 10.70675/4ad43ddbz42edz41fczaf4bz90d31e944b51

Mots clés

Mots clés libres

Acyrthosiphon pisum

Polymorphisme de reproduction

Transcriptomique

Régulations épigénétiques et post-Transcriptionnelles

Acyrthosiphon pisum

Reproductive polymorphism

Transcriptomic

Epigenetic et Post-Transcriptionnal regulation

Résumé

Les pucerons sont des insectes ravageurs de cultures remarquablement bien adaptés à leur environnement de par leur cycle de vie particulier leur permettant d’alterner de mode de production au cours des saisons. La production de femelles sexuées ovipares en réponse à la diminution de la photopériode, appelé polyphénisme de reproduction, est caractéristique des lignées CP (Cyclical Parthenogenesis). Ces lignées coexistent dans la nature avec des lignées OP (Obligate Parthenogenesis) ayant perdu cette capacité à produire des femelles sexuées ovipares. Des approches de génétique et de génomique des populations ont permis l’identification d’une région polymorphique candidate située sur le chromosome X responsable de la perte de capacité phénotypique des lignées OP. Ma thèse avait pour objectifs i) d’identifier les gènes de la région candidate responsables de l’incapacité des lignées OP à répondre à la diminution de la photopériode et ii) d’identifier quelle(s) étape(s) de cette réponse est/Les analyses transcriptomiques ont permis d’identifier 8 gènes de la région candidate comme potentiellement responsable de la perte de sexualité des lignées OP. Ces analyses ont également révélé que la perception et la transduction du signal photopériodique n’est pas altéré par les mutations causales contrairement à la transition de l’embryogenèse asexuée vers sexuée puisque chez la lignée CP, la mise en place de l’embryogenèse sexuée nécessite l’activation de 1600 gènes dont certains ont des fonctions dans l’ovogenèse, le remodelage chromatinien, la répression des éléments transposables et répétés (TREs) et la biogenèse des petits ARNs non codants. De manière intéressante, les programmes génétiques nécessaires à l'embryogenèse sexuée sont colocalisés dans deux régions du génome enrichies en TREs. Les résultats de cette thèse suggèrent donc que chez la lignée OP, les mutations localisées dans la région candidate altèrent les régulations épigénétiques et post-transcriptionnelles et l'expression coordonnée de plus d'un millier de gènes sexe-spécifiques conduisant à la perte de sexualité.

Aphids are major crop pests, remarkably well adapted to their environment due to their particular life cycle, which allows them to alternate their production mode during the seasons. The production of oviparous sexual females in response to the decrease in photoperiod, called reproductive polyphenism, is characteristic of CP (Cyclical Parthenogenesis) lineages. These lineages coexist in nature with OP (Obligate Parthenogenesis) lineages that have lost this ability to produce oviparous sexual females. Population genetics and genomics approaches have allowed the identification of a candidate polymorphic region located on the X chromosome responsible for the loss of phenotypic capacity of OP lineages. The aims of my PhD were i) to identify the genes in the candidate region responsible for the inability of OP lineages to respond to the photoperiod shortening and, ii) to identify which step(s) of this response is/are altered by the causal mutations in the OP lineagesUsing transcriptomic approaches, we identified 8 genes in the candidate region as potentially responsible for the loss of sexuality in OP lineages. These analyses also revealed that, in OP lineages, the perception and transduction of the photoperiodic signal are not altered by causal mutations in contrast to the transition from asexual to sexual embryogenesis. Indeed, in the CP lineages, we have shown that the initiation of sexual embryogenesis requires the activation of more than 1600 genes, including functions in oogenesis, chromatin remodelling, repression of transposable and repetitive elements (TREs) and biogenesis of small regulatory non-coding RNAs. Interestingly, these genetic programs required for sexual embryogenesis are colocalized in two regions of the genome enriched in TREs. The results therefore suggest that in the OP lineages, mutations localized in the candidate region alter epigenetic and post-transcriptional regulations, and coordinated expression of more than a thousand sex-specific genes leading to the loss of sex.